Частотное регулирование скорости АД

Частотное регулирование скорости АД является наиболее экономичным и потому рассматривается, как перспективный способ.

Суть регулировки скорости заключается в изменении частоты питания статора АД. Экономичность частотного регулирования объясняется тем, что не изменяется величина скольжения. Полное использование электрической машины осуществляется, если она работает с номинальным магнитным потоком. В свою очередь магнитный поток определяется геометрическими размерами и физическими свойствами магнитной цепи. Магнитный поток создается током намагничивания контура, который пропорционален величине ЭДС.

(2)

Из этой формулы видно, что для полного использования двигателя, на ряду с изменением частоты питания, необходимо пропорционально изменять ЭДС.

Воздействовать на двигатель можно только при изменении напряжения. Для того, чтобы сохранить перегрузочную способность машины, необходимо соблюдать:

(1)

Индекс «1» означает параметр статора

Индекс «2» - параметр ротора.

Из (1) => для любой частоты должно соблюдаться напряжение.

1925г. – Костенко вывел основной закон изменения напряжения при частотном регулировании скорости.

Если 7

(3)

Механические характеристики АД при регулировании по закону (2) могут быть получены ниже от номинальной частоты. При частотах выше номинальных тяжело сохранить закон (3), т.к. напряжение на двигателе не может быть выше номинального.

Преобразователи частоты (ПЧ)

Практически все ПЧ строятся на основе полупроводниковых элементов (транзисторы, тиристоры) и они получили название статического ПЧ, которые делятся на:

-с непосредственной связью питающей сети и нагрузкой (непосредственные ПЧ или циклоконвертеры);

-ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока.

ПЧ со звеном постоянного тока состоит из управляемого выпрямителя (УВ), автономного инвертора (АИ), фильтра(Ф).

УВ и АИ имеют системы управления.

ПЧ служит для преобразования напряжения и частоты сети. Амплитуда напряжения регулируется СУВ, а частота – СУИ. В зависимости от схемы фильтра автономный инвертор бывает инвертором напряжения (АИН) или тока (АИТ). АИН является источником напряжения, для чего фильтр кроме индуктивности содержит относительно большую емкость. (С=2..5·10³ мкФ)

Это обеспечивает АИН жесткую характеристику, т.е. зависимость напряжения от нагрузки.

АИТ в звене постоянного тока имеет реактор с большой индуктивностью, это делает такой инвертор источником тока.

Фильтр для АИН: Фильтр для АИТ:

Использование фазного напряжения на двигателе приводит к тому, что создаются пульсирующие моменты, что сказывается на работе привода.

При 2х ступенчатой коммутации управляемого выпрямителя, возможно регулировать напряжение инвертора, за счет изменения времени проходящего состояния тиристоров. Это дает возможность вместо управляемого выпрямителя применять не управляемый, выполненного на 6-ти диодах. При регулировании внутри инвертора для уменьшения высших гармоник выходного напряжения используется широтно-импульсный модулятор (ШИМ), в котором изменяется ширина импульсов, по определенному закону.

ШИМ – когда кривая напряжения состоит из некоторых импульсов одинаковой ширины,

t_k – время включенного состояния тиристора, не изменяется в течении некоторого интервала времени.

Реальные ПЧ, построенные по принципу ШИМ, имеют напряжение, состоящее из 50-ти и более импульсов на полупериоде. На нижнем пределе частоты, при повышении частоты до номинального значения, количество импульсов уменьшается. ШИМ позволяет не только регулировать напряжение, но и улучшить его гармонический состав.

Регулирование напряжения возможно и на входе инвертора, в этом случае используется не управляемый выпрямитель, а между выпрямителем и инвертором включается коммутатор – широтно-импульсный преобразователь. При этом регулируется среднее значение напряжения на входе автономного инвертора напряжения, а, следовательно, напряжение на двигателе. Частота коммутации ШИП достаточно высока, что позволяет уменьшить габариты фильтра. Задача СИФУ – сдвиг управляющих импульсов на тиристорах.

Схема статического преобразователя частоты с ШИП на входе инвертора

Достоинством СПЧ с ШИМ и ШИП является возможность работы от нерегулируемого источника постоянного тока.