Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя
Из формулы n = n1(1 – s) = 60f1(1 – s)/p следует, что изменение частоты вращения n возможно тремя способами: 1) изменением частоты f1 питающей сети; 2) изменением числа полюсов 2p; 3) изменением скольжения s. Первые два изменяют частоту вращения поля статора, а третий осуществляется изменением уровня питающего напряжения или изменением сопротивления Rд в цепи ротора. Частотное регулирование. При изменении частоты f1 сети, питающей АД, необходимо одновременно изменять напряжение U1 статора, поскольку изменение f1 при U1 = const вызывает изменение магнитного потока Фm: а) при увеличении f1 поток Фm, а следовательно, и момент М уменьшаются; б) при уменьшении f1 поток будет возрастать, что ведет к насыщению магнитной системы, увеличению потерь на вихревые токи и снижению КПД. Параметры U1 и f1 обычно изменяют так, чтобы сохранить перегрузочную способность λM = Мmax/МС = const: . Для механизмов: а) с постоянным моментом МС; б) постоянной мощности РС; в) вентиляторного типа; а) ; б) ; в) .
Семейства механических характеристик для законов регулирования показаны на рис.28.5, где росту частоты f1 соответствует смещение характеристик вверх (n » kf1). На практике не всегда возможно точное следование законам. Например, при f1 > f1ном для серийных АД возможно небольшое и кратковременное превышение U1 сверх номинального U1ном. На низких частотах f1 < f1ном растет влияние сопротивления R1 статора на магнитный поток и момент. Поэтому при f1 < 20 Гц U1 устанавливают больше значений. Для управления АД применяют тиристорные и транзисторные преобразователи частоты (ПЧ). ПЧ с непосредственной связью с сетью содержат в каждой фазе анодно-катодную группу из шести тиристоров (или транзисторов) и позволяют регулировать как напряжение, так и частоту (только вниз от номинального значения). ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока состоит из управляемого (блок УВ на рис. 28.6, а) или неуправляемого (блок В на рис. 28.6, б) выпрямителя, LС – фильтра (Φ) и автономного инвертора напряжения (АИН). В выпрямителе происходит выпрямление переменного напряжения сети.
Инвертор преобразовывает постоянное напряжение в переменное заданной частоты. На рис. 28.6, а регулирование напряжения и частоты выполняется раздельно с помощью блока управления напряжением (БУН) и блока управления частотой (БУЧ). В инверторе на рис.28.6, б с помощью блока управления (БУ) осуществляется изменение частоты выходного напряжения и регулирование его амплитуды с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения. Это позволяет заменить управляемый тиристорный выпрямитель УВ более простым неуправляемым выпрямителем В. На рис. 28.7 приведена схема трехфазного АИН на запираемых тиристорах VS1–VS6. Пусть f1Т = = 1/Т1Т – требуемая частота напряжения статора. Форма линейного напряжения на статоре может быть различной в зависимости от алгоритма коммутации тиристоров. Пусть в каждой фазе тиристоры открываются и закрываются попеременно через ∆t = Т1Т/2 с фазным запаздыванием Т1Т/3.
На рис. 28.8, а, б, в приведены временные диаграммы потенциалов точек А, В, С (потенциал нижней шины принят нулевым).
Линейное напряжение UАВ = φА – φВ (рис. 28.8, г) является последовательностью разнополярных прямоугольных импульсов, первая гармоника которой изображена пунктиром. Данный инвертор допускает регулирование частоты f как вверх, так и вниз от номинального значения. Выходное напряжение инвертора с учетом ШИМ (рис. 28.8, д) состоит из импульсов повышенной частоты, имеющих различную ширину, которая устанавливается так, чтобы получить на выходе максимум первой гармоники. При использовании ШИМ возрастают требования к быстродействию ключей, которые выполняют на транзисторах или тиристорах. Обратновключенные диоды VD1–VD6 совместно с емкостью С0 фильтра Ф образуют пути замыкания спадающих токов статорных обмоток. Регулирование изменением числа пар полюсов осуществляется переключением обмоток статора с одинарной звезды на двойную (рис. 28.9, а, в) или с треугольника на двойную звезду (рис. 28.9, б, в).
Пунктиром показаны образуемые при переключении соединения. Оба переключения уменьшают в два раза число пар полюсов, т. е. увеличивают в два раза угловую скорость. При переключении → Р » 2РY, М » М ; при переключении → Р » Р∆, М » М∆/2. При наличии на статоре двух обмоток, одна из которых переключаемая, возможно получение трех разных частот вращения, например 3000/1500/1000 об/мин. Если обе обмотки переключаемые, то двигатель четырехскоростной, например 3000/1500/1000/500 об/мин. Основной недостаток регулирования частоты изменением числа полюсов – ступенчатость регулирования с большим шагом частоты, а также увеличенные габариты, масса и стоимость двигателей. Регулирование изменением скольжения выполняют изменением сопротивления Rр регулировочного реостата в цепи ротора (для двигателей с фазным ротором) либо изменением напряжения статора. Способы введения сопротивления Rд = Rр в цепь ротора такие же, как и в разделе «Пуск», с той разницей, что регулировочный реостат Rр в отличие от пускового Rп находится в работе продолжительное время и рассчитывается на большие тепловые перегрузки. Недостатки данного способа: 1) низкая экономичность из-за потерь в реостате Rр; 2) снижение жесткости механических характеристик; 3) частоту вращения можно регулировать только в сторону понижения. Для изменения напряжения статора наибольшее распространение получили тиристорные регуляторы напряжения (ТРН). Трехфазный ТРН (рис. 28.10, а) содержит в каждой фазе два тиристора, включенных встречно-параллельно, что обеспечивает использование обоих полупериодов питающей сети.
Работа тиристоров управляется системой импульсно-фазового управления (СИФУ), формирующей импульсы управления Uα на управляющие электроды тиристоров. Угол управления α (рис. 28.10, б) зависит от внешнего сигнала Uу и может изменяться от 0 до 180°. Напряжение, подаваемое на статор, несинусоидально, но наибольшее влияние оказывает его первая гармоника, амплитуда которой тем больше, чем меньше угол α. Изменение напряжения на статоре не изменяет скорости холостого хода и критического скольжения sК, но изменяет величину критического момента Мmax (рис.29.10, в), пропорционального U2α. Из рис. 28.10, в видно, что уменьшение Uα дает небольшой диапазон регулирования скорости и резкое снижение перегрузочной способности АД. Поэтому разомкнутая система на рис. 28.10, а используется в основном для управления ускорением АД и ограничения тока в переходных режимах, а также при пуске и торможении. Замкнутая система ТРН – АД содержит тахогенератор BR постоянного тока и потенциометр R (рис. 28.11, а). Напряжение UBR тахогенератора пропорционально частоте вращения UBR = kn, т. е. BR – датчик частоты вращения n. Задающее напряжение Uз изменяется движком R. На вход СИФУ подается разностное напряжение UС = Uз – UBR = Uз –
Пунктиром на рис. 28.11, б показаны характеристики разомкнутой системы для некоторых углов управления α1, α2. Пусть при Uз = Uз2 АД работал в точке 1, соответствующей α = α2, и момент нагрузки на валу увеличился. Тогда начнется снижение угловой скорости АД и увеличение напряжения UС. Рост UС вызывает уменьшение угла α, т. е. рост напряжения на статоре. При некотором α = α1 достигается равновесие моментов М = МС (точке 2), но частота вращения n снизится незначительно (рис. 28.11, б). Таким образом, механические характеристики замкнутой системы стали жесткими (сплошные линии на рис. 28.11, б). В замкнутой системе выходная величина (частота n) влияет на входную (напряжение статора), т. е. существует отрицательная обратная связь по скорости. Замкнутая система позволяет автоматически поддерживать заданную частоту вращения, причем частота n может регулироваться напряжением Uз.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (995)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |