Файл: Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие.pdf

Инвертор выбирается на мощность

Ри Р н

11Н COS фи

Суммарная установленная мощность преобразователя составпт npmiepno Р s « 2 , 5 Р и.

Недостаток преобразователя с промежуточным звепом постоян­ ного тока состоит в двукратном преобразовании энергии, что увели­ чивает установленную мощность и снижает к. и. д.

6-5. ОСОБЕННОСТИ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Регулирование скорости асинхронных двигателей пу­ тем изменения напряжения и частоты на его зажимах является одним из наиболее интересных и перспективных способов регулирования этого двигателя.

Этот способ регулирования позволяет получить жесткие механические характеристики. Потери мощности при частотном управлении невелики. Это следует из выра­ жения

АР2ВП. = M cUqS

сучетом того, что двигатель при изменении частоты работает на линейных участках механических характе­ ристик, т. е. при малых скольжениях s. При наличии соответствующего преобразователя частоты можно полу­ чить любую плавность регулирования. Важно отметить, что указанные положительные свойства можно реализо­ вать с бесконтактным асинхронным короткозамкнутым двигателем, который является наиболее простым, надеж­ ным и дешевым электрическим двигателем.

Основным недостатком электроприводов с частотным управлением является необходимость использования пре­ образователей частоты, которые в настоящее время харак­ теризуются относительной сложностью по схемному исполнению и высокой стоимостью. Этот недостаток огра­ ничивает применение частотноуправляемых электропри­ водов. Тем не менее преимущества этих приводов столь значительны, что на протяжении многих лет и в настоя­ щее время ведутся интенсивные работы по созданию пре­ образователей частоты для регулирования скорости асин­ хронных двигателей.

327

В случае создания приемлемых по сложйостй и Стои­ мости преобразователей частоты частотноуправляемый привод с асинхронным короткозамкнутым двигателем получит широкое распространение в технике.

Г л а в а с е д ь м а я

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ В КАСКАДНЫХ СХЕМАХ

ВКЛЮЧЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

7-1. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ РАБОТЫ КАСКАДОВ

При подключении асинхронного двигателя с фазным ротором к сети с постоянной частотой и глубоком регули­ ровании его угловой скорости потери скольжения ДPs = = M(£>0s могут составить ощутимую величину. Бесполез­ ное рассеивание их в регулировочных сопротивлениях снижает энергетические показатели электропривода. Кроме того, при большой мощности двигателя переключающие и регулирующие аппараты в роторной цепи могут ока­ заться совершенно неприемлемыми по мощностям и габа­ ритам. Непосредственная реализация энергии скольжения асинхронного двигателя затрудпена, так как частота

вроторной цепи отлпчпа от частоты питающей сети.

Всвязи с указанными обстоятельствами представляется целесообразным использовать энергию скольжения. Ока­ зывается, что в ряде случаев это может быть осуществлено. Исторически сложилось так, что первые схемы, позволяю­ щие использовать энергию скольжения, создавались путем специального соединения асинхронного двигателя с дру­ гими электрическими машинами. Поэтому эти схемы получили название каскадных. В настоящее время сущест­ вуют схемы, использующие энергию скольжения асин­ хронного двигателя без добавочных вращающихся элек­ трических машин с помощью вентильных (статических)

преобразователей. Эти схемы также называются каскад­ ными.

В общем случае каскадными называют такие схемы включения асинхронного двигателя, которые позволяют использовать энергию скольжения путем отдачи ее в сеть или превращения ее в механическую энергию, передавае­ мую на вал главного двигателя.

328

В процессе развития каскадных установок асинхрон­ ного двигателя наметились две принципиально различные группы схем. В первой из них, как показано на рис. 7-1, а, на вход преобразователя Пр поступает энергия скольже­ ния частоты /2 = f xs с колец АД, а выход преобразова­ теля, характеризующийся напряжением и частотой сети f v соединен с питающей сетью.

В каскадах этой группы энергия скольжения за выче­ том потерь энергии непосредственно в обмотке potopa А Д

Р эл.с

ДРлр+ДРэлг

€

АР,J y

1

б)

Рпс. 7-1. Принципиальная схема (а) и энергетическая диа­ грамма (б) электрического каскада.

п элементах преобразователя Пр возвращается в питаю­ щую сеть, что иллюстрируется энергетической диаграммой на рис. 7-1, б. Между элементами преобразователя и асинхронным двигателем в схеме рис. 7-1, а имеется только электрическое соединение. Поэтому такие каскад­ ные установки называются электрическими.

На рис. 7-2, а изображена принципиальная схема

теля. Преобразователь на выходе создает напряжение £7Вд, которое подается на зажимы вспомогательного дви­ гателя БД. Последний преобразует электрическую энер­ гию, поступающую от Пр, в механическую, которая возвращается на вал АД, поскольку валы А Д и БД меха­ нически соединены между собой. Если пренебречь поте­ рями в машинах каскада, то становится очевидным, что на вал каскадной установки от А Д поступает механиче­ ская мощность -Рм,ад = Мсо, а от Б Д Рэм.в.д = AP s =

329

= Mcos. Суммарная механическая мощность на валу каскада Рв = Рм.а.д + Л ш .в.д со + Mco0s = М со0 = = Р 12, т. е. в этом случае механическая мощность на валу каскада примерно равна электромагнитной мощности, передаваемой со статора на ротор асинхронного двигателя.

Из схемы рис. 7-2, а видно, что элементы преобразова­ теля соединены с А Д как электрическим (вход Пр — кольца АД), так и мехаппческнм путем (вал ротора БД — вал ротора АД). Поэтому такие каскады называются электромеханическими. Приведенная на. рис. 7-2, б

Рис. 7-2. Прппцпппальная схема (6 ) и энергетическая

диаграмма (б) электромеханического каскада.

энергетическая диаграмма характеризует последователь­ ность преобразования энергии электромеханического ка­ скада.

Естественно, в качестве А Д может быть использован только асипхроппый двигатель с фазным ротором, который называется главным приводным двигателем. Момент на валу электрического каскада равен моменту только АД, а момент на валу электромеханического каскада равен сумме моментов А Д и БД.

В качестве преобразователя Пр в каскадпых установ­ ках могут использоваться: одноякорный преобразователь, синхронная машина, коллекторная машина переменного тока или вентильный (статический) преобразователь.

При рассмотрении каскадных установок представляют интерес следующие общие вопросы: регулирование ско­ рости и механические характеристики электропривода, а также определение габаритной мощности элементов преобразователя.

330

Иа рис. 7-3 представлены три схемы включения асин­ хронного двнгателя: в первой из них в цепь роторных обмоток включены добавочпые активные сопротивления

к зажимам трехфазного моста, выпрямляющего э. д. с. ротора. Изменение R2n, Е~, Е- позволяет изменять токи

вобмотках, а тем самым момент и скорость АД. Очевидно, можно подобрать такие значения R2n, R~, Е~, чтобы токи

вобмотках, а зпачит,

работы. Практически в качестве источников э. д. с. Е~ или Е- могут использоваться электрические машины

образуют ее в механическую, а последняя может быть снова преобразована в электрическую энергию по­ стоянной частоты и отдаваться в сеть переменного тока (рис. 7-1, а) либо отдаваться на вал главного двигателя

(рис. 7-2, а).

Из приведенных рассуждений следует два простых, но важных вывода: во-первых, каскадные схемы позволяют использовать энергию скольжения, а во-вторых, измене­ нием добавочной э. д. с., вводимой в цепь ротора АД, можно регулировать угловую скорость двигателя.

331