по мостовой схеме, на одну из диагоналей которой подается напряжение источника питания, а к другой диагонали подключен якорь двигателя. В этой схеме возможны два варианта режимов работы ключей. В первом варианте ключи Кх и К3 работают одновременно, а ключи К 2 и Ki— в противофазе с н и м и , т . е. если на первом интервале tL замкнуты К1 и К3 и верхний зажим якоря соединен с по ложительным полюсом, то на втором интервале t2 при замкнутых К2 и Кх к верхнему зажиму якоря будет прн-
LL
*
ti ч
г
6)
Рис. 5-66. Принципиальная схема реворспвиого электропривода с ИPH (а) и диаграмма изменения напряжения па якоре двигателя (о)
при одновременной коммутации ключей It\,
Н3 и К,, Я,.
соединен отрицательный полюс сети. Очевидно, что прп указанной работе ключей среднее напряжение на зажимах двигателя равно:
Uср |
^с('1-<а) |
|
Тк |
|
|
|
Считая по-прежнему у = ty!TK и учитывая t2 = |
Т,{ — |
— tx, находим: |
Ucp = ( 2 y - i ) U c. |
(5-87) |
|
Отсюда уравнения скоростной и механической харак теристик могут быть представлены в виде
®ср — (2у — 1)У С- Д Я/.ер |
|
(5-88) |
|
АФн |
|
|
2V-1 |
Дя |
М |
(5-89) |
01ср ■ *ФВ и а |
(*Фи)а |
ср‘ |
С изменением у можно изменить не только значение,, |
но и знак скорости двигателя.-Действительно, |
при 1 |
у > 0,5 скорость идеального |
холостого |
хода coj = |
= (2у — 1) со0> 0; при 0,5 > у ^ |
0 — со3 < |
0. Следует |
обратить внимание, что в данном случае под у понимается относительное время замкнутого состояния ключей Кг и К3, т. е. у1|3; соответственно для ключей К2 и Кл у,г 1 —
- 1 — Yi,*-’
На рис. 5-67, а показаны механические характеристики рассматриваемого электропривода. На этом рисунке пунк тирными линиями выделена зона переменного тока. Для
Рис. 5-67. Скоростные (.механические) характеристики ревер
сивного электропривода |
с ИРН. |
а — при одновременной коммутации Н„ К3 |
н К», И,; б — при ком |
мутации в противофазе И , н К , |
или К . п К 3. |
определения граничного значения знакопостоянного тока можно воспользоваться тем же методом, который был использован при выводе (5-82) и (5-82а). Однако при этом следует учесть, что при рассматриваемом здесь способе коммутации ключей
|
|
Uс |
|
АФцШСр |
(5-78а) |
|
|
тп |
|
щ г |
h |
Uc |
АФцСОср |
: 2 /к .з 4~ ^ 2 - |
(5-79а) |
пя |
Дя |
|
Подстановка этих значений токов 1г и / 2 |
в уравнение |
i2(72) = / 2- [ / 2- |
/ 1(l |
— е ldTя)]е 'а/тя = о |
позволяет найти: |
|
|
|
|
|
|
СО,гр - |
; со, ,(2V_ |
1 |
- Ty |
^ r |
(5-90) |
И |
|
|
У (1-Т) |
|
|
|
1гр • ■■In, |
|
(5-91) |
|
1 |
? У к |
• |
Сопоставление (5-91) с (5-83) показывает, что в данном случае при одном и том жо значении у граничный ток оказывается в 2 раза больше, чем в случае подключения якоря двигателя к источнику с постоянной полярностью напряжения. Для рассматриваемой схемы также в 2 раза возрастает и пульсация тока. Действительно, из (5-78а) и (5-79а) следует:
7(1—V)
TnfK '
(5-92)
Всвязи с этим заметно увеличиваются потери энергии
вцепи якоря двигателя. С целью уменьшения потерь в.схеме рис. 5-66, а может быть изменена последователь ность коммутации ключей. Для одного направления
вращения включаются в противофазе ключи К 1 и К л при постоянно закрытом К3 н открытом К.,. При этом получается схема, аналогичная схеме на рис. 5-64, а, когда якорь подключается к однополярному источнику питания. Для получения обратного направления вращения включаются в противофазе ключи К 2 и К3 при постоянно закрытом К ,j п открытом К 1. Соответствующие механиче ские характеристики показаны на рис. 5-67, б. Ширина зоны переменного тока н уровень пульсаций тока для рассматриваемого варианта такие же, как и для схемы нереверсивного электропривода на рис. 5-64, а, но при этом несколько усложняется схема управления ключами.
Г л а в а ш е с т а я
ЧАСТОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
6-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Применение частотного регулирования скорости зна чительно расширяет возможности использования асин хронных электроприводов в различных отраслях промыш ленности. В первую очередь это относится к установкам, где производится одповремеппое изменение скорости не скольких асинхронных двигателей, приводящих в дви жение, например, группы текстильных машин, конвейе
ров, рольгангов и т. гг. Используется частотный принцип регулирования скорости асинхронных двигателей гг в шгднвпдуальных установках, особенно в тех случаях, когда необходимо получить от механизма высокие угловые скорости, например, для центрифуг, шлифовальных стан ков и т. д. Питание асинхронных двигателей осуществ
ляется при этом не от общей |
|
сети; а от преобразователя |
|
частоты ПЧ, |
показанного на |
|
рис. 6-1, энергия к которому |
|
подводится от сети постоян |
|
ной частоты /1Си напряжения |
|
£/1С. На выходе преобразова |
|
теля, как правило, меняется |
|
не только частота Д, но и |
|
напряжение Uy. Для преоб |
|
разования |
частоты |
могут |
|
быть использованы электро- |
Рис. 6-1. Схема включения |
машиниые или полупровод |
асипхроиных двигателей, по |
никовые устройства, разли |
лучающих питание от преоб |
чающиеся по принципу дей |
разователей частоты. |
ствия и конструкции. |
' |
|
Возможность изменения скорости асинхронного дви гателя при регулировании частоты Д следует непосредст венно из выражения
со0 = 2я;Д/р,
из которого видно, что синхронная скорость асинхронного двигателя прямо пропорциональна частоте напряжения статора. При регулировании частоты возникает также необходимость регулирования напряжения источника пи тания. Действительно, э. д. с. обмотки статора асинхрон ного двигателя пропорциональна частоте и потоку
С другой стороны, пренебрегая в первом приближении падением напряжения на сопротивлениях обмотки ста
тора, т. е. полагая Д£Д = Д УЩ + Х1*=*=*0, можно запи сать:
и г ^ Е г
или с учетом (6-1)
Из приведенного выражения следует, что при неизмен ном напряжении источника питания U1 и регулировании его частоты изменяется магнитный поток асинхронного двигателя. В частности, уменьшение частоты Д приводит к возрастанию потока и как следствие к насыщению ма
шины п увеличению тока намагничивания, |
что связано |
с ухудшением энергетических показателей |
двигателя, |
а в ряде случаев и с его недопустимым нагревом. Увели чение частоты Д приводит к снижению потока двигателя, что при постоянном моменте нагрузки па валу в соответ ствии с выражением М = кФ1« cos ср., приводит к возра станию тока ротора, т. е. к перегрузке его обмоток по току при недоиспользованной стали. Кроме того, с этим связано снижение максимального момента и перегрузочной способности двигателя.
Для наилучшего использования асппхрониого двига теля при регулировании скорости изменением частоты необходимо регулировать напряжение одновременно в функции частоты и нагрузки.
Регулирование напряжения лишь в функции одной частоты с учетом характеристики механизма может быть реализовано в разомкнутых системах частотного управ ления.
Регулирование напряжения в фупкцпп нагрузки можно осуществить, как правило, лишь в замкнутых системах, в которых при использовании обратных связей напряже ние прп данной частоте может изменяться в зависимости от нагрузки.
Изменение частоты источника питания позволяет регу лировать скорость асинхронного двигателя как выше, так п ниже основной. Обычно прп регулировании выше основ ной скорости частота источника питания превышает номинальную не более чем в 1,5—2 раза. Указанное ограничение обусловлено прежде всего прочностью креп ления обмотки ротора. Кроме того, с ростом частоты питания заметно увеличиваются величины мощности по терь, связанные с потерями в стали статора. Регулирова ние скорости вниз от основной, как правило, осуществ ляется в диапазоне до 10—15. Нижний предел частоты ограничен сложностью реализации источника питания с низкой частотой, возможностью неравномерности вра щения и рядом других факторов. Таким образом, частот ное регулирование скорости асинхронного двигателя может осуществляться в диапазоне до 20—30. Использование
