Изменение частоты тока источника

Регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя изменением частоты тока источника питания находит все большее применение для рольгангов, транспортеров и особенно для металлорежущих станков с целью обеспечения большой частоты вращения (более 20 000 мин^-1).

При регулировании частоты возникает необходимость регулировать также и напряжение источника питания, так как.

Из выражения (3.35) видно, что если увеличивается частота, а напряжение остается постоянным, то магнитный поток будет уменьшаться и, как следствие, будет уменьшаться допустимый момент.

При снижении частоты магнитный поток увеличивается (при = const), что приводит к насыщению стали машины и, как следствие, к резкому увеличению токов намагничивания и на гистерезис, следовательно, нагреву двигателя. Поэтому для наилучшего использования асинхронного двигателя при регулировании скорости изменением частоты необходимо регулировать одновременно частоту и напряжение, что возможно только в замкнутых системах электропривода:

Простых и дешевых силовых преобразователей, удовлетворяющих требованиям выражения (3.36), не существует. Используемые в настоящее время преобразователи частоты можно разделить:

• 1) на электромашинные;
• 2) вентильные или статические.

Электромашинные преобразователи частоты тока преобразуют переменный ток в постоянный, а затем генерируют переменный ток другой частоты либо с применением синхронного генератора, либо с применением непосредственной связи. Преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока и непосредственной связью не нашли широкого применения из-за дороговизны.

Схема электромашинного преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока, в котором используется синхронный генератор, представлена на рис. 3.14. В этой схеме:

• — Mj, G_x — асинхронный двигатель и генератор постоянного тока для преобразования переменного сетевого напряжения неизменной частоты в регулируемое по величине постоянное напряжение, которое зависит от тока возбуждения генератора G_t;
• — М₂ — двигатель постоянного тока, способный изменять частоту вращения при изменении подаваемого на него напряжения;
• — С₂ — синхронный генератор переменного тока. При изменении его угловой скорости изменяются пропорционально частота и напряжение;

М₃, М₄, М₅ — асинхронные двигатели (потребители).

Второй вариант электромашинных преобразователей — преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока и непосредственной связью, а также асинхронные преобразователи частоты.

Основным недостатком электромашинных преобразователей является высокая потребляемая мощность. Если считать, что мощность, потребляемая двигателями М₃, М₄, М₅, равна Р_п потребителей, то при пренебрежении потерями в машинах общая установленная мощность преобразователя частоты составит.

Рис. 3.14. Электромашинный преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

и синхронным генератором переменного тока С учетом потерь в машинах преобразователя его установленная мощность будет еще больше.

КПД электромагнитных преобразователей низок, так как определяется произведением КПД отдельных машин. Если КПД отдельных машин составляет 0,9, то суммарный КПД составит 0,94 = 0,66.

Электромашинным преобразователям присуща значительная инерционность.

Недостатки электромашинных преобразователей, перечисленные выше, потребовали создания статических преобразователей на основе тиристоров или транзисторов.

По структуре статические преобразователи могут быть разделены на два типа:

• а) с непосредственной связью;
• б) с промежуточным звеном постоянного тока.

Преобразователи с непосредственной связью (рис. 3.15) предназначены для преобразования высокой частоты в низкую.

Рис. 3.15. Статический (тиристорный) преобразователь частоты (ТПЧ) с непосредственной связью.

Преимущества преобразователей с непосредственной связью:

• — однократное преобразование частоты и, следовательно, высокий КПД (0,97−0,98);
• — сохранение жесткости характеристик;
• — возможность независимого от частоты тока регулирования амплитуды напряжения на выходе;
• — плавность регулирования.

Недостатки:

• — ограниченное регулирование выходной частоты (до 40% от частоты сети);
• — регулирование частоты только в сторону понижения.

Наибольшее применение в электроприводах нашел преобразователь

частоты с промежуточным звеном постоянного тока (рис. 3.16).

Преимущества преобразователей частоты с промежуточным звеном постоянного тока:

• — могут как повышать, так и понижать частоту (/_1}ЫХ= 5-И000 Гц);
• — высокий КПД (до 0,96) и coscp > 0,85;
• — быстрота действия, низкая инерционность;
• — малые габариты, бесшумность в работе, надежность;
• — плавность регулирования.

Главным недостатком преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока является высокая цена устройства регулирования.

Рис. 3.16. Схема преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока:

У В — управляемый выпрямитель; И — инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный с регулируемой частотой и амплитудой.

Другие способы регулирования скорости

Кроме основных способов регулирования скорости, перечисленных выше, в некоторых случаях применяются:

• — каскадное регулирование скорости при соединении двух и более ЭД;
• — изменение подводимого к двигателю напряжения;
• — импульсное регулирование скорости.