рость вращения электромагнитного поля статора пропорциональна частоте питающего напряжения

. (10.1)

Следует также учесть, что поскольку с изменением частоты питающего напряжения изменяется и величина потока двигателя Ф₁,

, (10.2)

то в большинстве случаев одновременно с изменением частоты питающего напряжения необходимо регулировать и его величину, причем регулирование напряжения следует производить таким образом, чтобы скольжение двигателя было минимальным.

Для реализации способа частотного регулирования асинхронный короткозамкнутый двигатель включается в питающую сеть через преобразователь частоты UF (см.рис.10.1). В качестве преобразователей частоты в настоящее время используются, в основном, полупроводниковые преобразователи частоты.

При частотном регулировании величина относительного скольжения s_j зависит как от разности скоростей вращающегося электромагнитного поля и ротора – абсолютного скольжения , так и от относительного значения частоты питающего напряжения

, (10.2)

. (10.3)

Здесь f_1j, ω_0j, s_j – регулируемые значения частоты напряжения статора и соответствующие значения скорости вращения поля и скольжения;

f_1н и ω_0н – номинальные значения частоты статора и скорости поля, соответствующие паспортным данным двигателя.

С учетом (10.1)

. (10.4)

Для анализа электромеханических характеристик двигателя при частотном регулировании рассмотрим Т-образную схему замещения двигателя (рис.10.2). В отличие от ранее приведенной на рис.4.4а схемы замещения в данном случае приходится учитывать, что реактивные сопротивления двигателя зависят от частоты питающего напряжения и изменяются с изменением частоты.

---

(10.5)

В связи с этим нужно за-метить, что номинальной час-тоте 50Гц индуктивное соп-ротивление контура намаг-ничивания х_μн на порядок (для машин малой мощности) или на два порядка (для машин большой мощности) больше, чем активное сопротивление обмотки статора r₁. Поэтому при анализе и расчете электромеханических характеристик асинхронных двигателей, работающих при постоянной номинальной частоте питающего напряжения, сопротивлением r₁ обычно пренебрегают (см.§4.2). Если же двигатель работает с переменной частотой напряжения, то при снижении частоты сопротивление r₁ становится соизмеримым с реактивными сопротивлениями машины, и учет сопротивления r₁ является необходимым.

Мощность скольжения, выделяемая в цепи ротора, определяется формулой (4.37) и расходуется на нагрев обмоток ротора.

, откуда

. (10.6)

Из схемы замещения определим значение [1-3]

. (10.7)

Если учесть, что отношения и гораздо меньше единицы и ими можно пренебречь, то выражение (10.7) можно упростить:

. (10.8)

Подставив (10.8) в (10.6) получим формулу для механических характеристик при переменных значениях величины и частоты напряжения питания

. (10.9)

Заметим, что если положить и , то формула (10.9) станет идентичной формуле (4.21) для механических характеристик нерегулируемого по частоте асинхронного двигателя.

Положив , найдем значения критического момента и критического скольжения

---

, (10.10)

. (10.11)

Знак (+) соответствует двигательному режиму, знак (-) – режиму рекуперативного торможения.

Анализируя выражение (10.10), можно установить, что, если пренебрегать величиной активного сопротивления статора (r₁=0), то, для того чтобы при частотном регулировании (уменьшении частоты вниз от номинальной) сохранять критический момент постоянным, нужно величину напряжения изменять пропорционально изменению частоты.

, (10.12)

где .

Механические ха-рактеристики, соответст-вующие частотному ре-гулированию при выпол-нении соотношения (10.12) и r₁=0, показаны на рис.10.3 (сплошными линиями). В первом приближении пропорци-ональное регулирование напряжения в соответст-вии с соотношением (10.12) обеспечивает ра-боту двигателя с постоянным потоком.

В действительности при малых значениях частоты (f_1*<0,3) падение напряжения на сопротивлении r₁ существенно снижает величину напряжения, прикладываемого к контуру намагничивания (напряжение U_аб на рис.10.2).

.

Падение напряжения на индуктивном сопротивлении х₁ уменьшается с уменьшением частоты и поэтому не оказывает такого влияния на напряжение U_аб, как падение напряжения на активном сопротивлении r₁, которое не зависит от частоты.

При более точном расчете, учитывая падение напряжения на сопротивлении r₁, механические характеристики имеют вид, показанный на рис.10.3 пунктиром. При малых значениях частоты, когда относительное значение падения напряжения на сопротивлении r₁ становится значимым, поток двигателя уменьшается и соответственно уменьшается критический момент М_к, что следует также из формулы (10.10).

Поэтому для того чтобы регулировать скорость двигателя, сохраняя критический момент двигателя постоянным, нужно величину напряжения уменьшать в меньшей степени, чем уменьшается частота, примерно в соотношении:

---

. (10.13)

Такой способ регулирова-ния напряжения называют «пропорциональное регулирование с I·r компенсаций». Зависимость показана на рис. 10.4. При регулировании напря-жения в соответствии с соотношением (10.13) механи-ческие характеристики будут иметь вид, показанный на рис.10.3 сплошными линиями.

Следует иметь в виду, что величина I·r компенсации зави-сит от относительной величины r₁, которая для двигателей мощ-ностью более 100кВт незна-чительна и ею, как правило, можно пренебрегать; для двигателей мощностью до 15кВт учет r₁ обязателен.

В ряде случаев, в частности, при вентиляторном характере нагрузки, нет необходимости при снижении скорости поддерживать критический момент двигателя равный номинальному. В этом случае более целесообразно выдерживать постоянным соотношение между статическим моментом и критическим . При этом следует пользоваться следующим соотношением между частотой и напряжением (формула М.П. Костенко):

, (10.14)

где - относительное значение статического момента при данной частоте (скорости).

Так, для привода вентилятора при снижении скорости в 2 раза, статический момент снижается в 4 раза. Тогда, в соответствии с (10.14) при снижении скорости и частоты в 2 раза, напряжение можно уменьшить в 4 раза. При этом сокращаются потери в обмотке статора и магнитопроводе машины.

При стандартной частоте питания 50Гц невозможно получить скорость асинхронного двигателя выше 3000об/мин. Для получения более высокой скорости необходимо питать асинхронный двигатель напряжением с частотой более 50Гц. Для многих механизмов: машины текстильной промышленности, шлифовальные станки, центрифуги и другие, - необходимы скорости рабочего органа 6000, 9000, 1200об/мин и более. В этом случае применяют преобразователи частоты с выходной частотой более 50Гц. Однако повышение напряжения выше стандартного, как правило, невозможно или затруднено. В этом случае использование соотношения (10.12) невозможно, и регулирование скорости повышением частоты выше номинальной производится при постоянном напряжении U_1*=1.

---

Очевидно, что в этом случае ток намагничивания I_μ уменьшается с ростом частоты, соответственно падает поток двигателя. Как следует из (10.10), критический момент снижается примерно обратно пропорционально квадрату частоты. Однако, поскольку ток ротора можно за счет увеличения скольжения длительно поддерживать равным номинальному, то длительно допустимый номинальный момент уменьшается обратно-пропорционально частоте в первой степени. Поскольку с увеличением частоты скорость двигателя увеличивается, то длительно допустимая мощ-ность на валу двигателя остается примерно посто-янной. Поэтому регулирова-ние повышением частоты сверх номинальной при сох-ранении постоянства напря-жения относят к регули-рованию с постоянством мощности. Механические характеристики для этого случая приведены на рис. 10.5. Регулирование измене-нием частоты вниз от номи-нальной с одновременным регулированием напряже-ния в соответствии с соотношением (10.13) относят к регулированием с постоянным моментом.

Поскольку асинхронный двигатель при частотном регулировании работает на рабочей линейной (линеаризованной) части механической характеристики, то приближенно оценивать его динамические характеристики можно аналогично тому, как это выполнялось при анализе динамики нерегулируемого асинхронного двигателя (см.§4.8). Тогда при условии, что при изменении частоты поток двигателя поддерживается постоянным, т.е. выполняется соотношение (10.10) или (10.13) асинхронный двигатель с питанием от преобразователя частоты может упрощенно быть представлен структурной схемой, приведенной на рис.10.6. Обозначения на структурной схеме приведены в .§4.8. Преобразователь представлен на структурной схеме как апериодическое звено с постоянной времени Т_П. Более полное представление о динамических характеристиках асинхронного привода с частотным регулированием скорости дано в главе 16.

Существующие вентильные (полупроводниковые) преобразователи частоты можно разделить на три группы:

1 – преобразователи с непосредственной связью;

2 – преобразователи с промежуточным высокочастотным звеном;

3 – преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

---

Смотрите также файлы

• Глава 1.doc

• Гдава 23.doc

• Лекции.doc

• Задание.doc

• ТАУ курсовая.doc