Регулирование координат электропривода с асинхронным двигателем изменением частоты напряжения.

Данный способ, называемый иногда частотным, широко исполь­зуется для качественного регулирования в первую очередь скорос­ти АД и широко применяется в настоящее время. Принцип его зак­лючается том, что изменяя частоту f₁ питающего АД напряжения, можно в соответствии с выражением

 

 изменять его ско­рость ω₀, получая различные искусственные характеристики.

 Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а получаемые при этом характеристики обладают высо­кой жесткостью.

Частотный способ к тому же отличается и еще од­ним весьма важным свойством: регулирование скорости АД в этом случае не сопровождается увеличением его скольжения, поэтому по­тери мощности оказываются небольшими.

Необходимым элементом ЭП является преобразова­тель частоты, на вход которого подается стандартное напряжение сети U₁ (220, 380 В и т.д.) промышленной частоты

 f₁ = 50 Гц, а с выхода снимается переменное напряжение U_{1 рег ,} регулируемой частоты f _{1 рег} .. Регулирование выходной частоты осу­ществляется с помощью управляющего сигнала U_у , который задает требуемое значение скорости двигателя 2.

Анализ механических характеристик двигателя показы­вает, что скорость идеального холостого хода двигателя изменяет­ся пропорционально частоте напряжения, а критический момент М_к остается неизменным

Механические характеристики (см. рис. 13.4.) при частотном регулировании разделяются на характеристики, соответствующие частотам

· ниже номинальной (сетевой) f_1ном.   

· выше номинальной (сетевой) f_1ном.

 

Рис.13.3. Схема управления изменением частоты напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя.

Рис.13.4. Семейство механических характеристик при изменении частоты напряжения статора

Область частот f₁ < f_1ном

В этой области частота напряжение, подводимого к АД, регулируется от номинальной (сетево­й) в сторону уменьшения.

В этой области М_к = const и АД имеет постоянную перегрузочную способность.

Область частот f₁ ˃ f_1ном

В этой области частота напряжение, подводимого к АД, регулируется от номинальной (сетево­й) в сторону увеличения.

В этой области кри­тический момент М_к будет уменьшаться при увеличении частоты

 

Принцип действия преобразователей частоты.

 Различные ПЧ, которые нашли применение в частотных асинхронных ЭП, можно разделить на две группы:

• электромашинные вращающиеся преобразователи частоты.
• статические преобразователи частоты

 

а) Электромашинные вращающиеся ПЧ, в них для получения переменной частоты используются обычные или специальные электрические машины.

 

 

Рис.13.5. Схема электромашинного вращающегося преобразователя частоты.

На схеме:

1 – двигатель асинхронный

2 – генератор постоянного тока

3 - регулируемый двигатель постоянного тока

4 – синхронный генератор

5…7 – двигатели электроприводов

 

На рис. 13.5. приведена схема ПЧ с синхронным генератором 4,от которого питаются три асинхронных двигателя 5... 7. Преобразо­ватель состоит из двух частей: агрегата постоянной скорости, вклю­чающего в себя асинхронный двигатель 1 (вместо него может быть использован двигатель любого типа) и приводимый им во враще­ние генератор постоянного тока 2, и агрегата переменной скорос­ти, состоящего из регулируемого двигателя постоянного тока 3, при­водящего во вращение синхронный генератор переменной часто­ты.

Двигатель 1питается от сети со стандартной частотой f₁ = 50 Гц, а на выводах синхронного генератора 4 частота и напряжение мо­гут регулироваться. С помощью резистора R₁ в цепи обмотки воз­буждения генератора 2изменяется напряжение, подводимое к яко­рю двигателя 3, и тем самым его скорость и скорость генератора 4.

При этом меняется частота напряжения на выводах синхронного генератора 4, определяемая выражением  , а значит, и на двигателях 5... 7.

Напряжение на этих двигателях регулируется с помощью резистора R₃, включенного в цепь обмотки возбуждения синхронного генератора 4.

Применение ПЧ позволяет плавно регулировать скорость дви­гателей 5... 7 в широком диапазоне.

 

Однако процесс регулирования частоты в электромашинном ПЧ имеет существенные недостатки:

· Для создания такого преобразователя необходимы четыре элек­трические машины, рассчитанные на полную мощность потребите­лей (группы АД), что определяет его громоздкость и высокую цену, особенно при больших мощностях нагрузки.

· Двойное преобразо­вание энергии - энергии переменного тока с частотой f₁ = 50 Гц в энергию постоянного тока и затем опять в энергию переменного тока регулируемой частоты - сопровождается потерей энергии во всей цепи, определяя невысокий КПД системы.

· Коллекторные машины постоян­ного тока требуют непрерывного надзора и ухода при эксплуата­ции, а их работа сопровождается шумом.

· Процесс из­менения частоты в электромашинном ПЧ инерционен, что объяс­няется механической инерцией электромашинного агрегата.

 

б) Стати­ческие ПЧ,названные так потому, что в них используются не имею­щие движущихся частей элементы и устройства.

       Существует два основных типа статических преобразователей частоты:

• с непосредственной связью
• с промежуточным контуром постоянного тока.

В первом случае выходное напряжение синусоидальной формы формируется из кусочков ( участков) синусоид преобразуемого входного напряжения. При этом максимальное значение выходной частоты принципиально не может быть равным частоте питающей сети. Частота на выходе преобразователя этого типа обычно лежит в диапазоне от 0 до 25-33 Гц.

Наибольшее распространение получили преобразователи частоты с промежуточным контуром постоянного тока, выполненные на базе инверторов напряжения.

Рис.13.5. Типовая схема преобразователя частоты

 

 

Преобразователь включает:

• сеть переменного тока
• неуправляемый выпрямитель В
• конденсатор LC-фильтра
• автономный инвертор напряжения И с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)
• асинхронный двигатель АД, к которому приложено переменное 3-фазное напряжение с регулируемой частотой f = var и амплитудой U = var ;
• управление инвертором осуществляется блоком управления БУ.
  
  

Звено постоянного токасостоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока (+, -).

Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей соединенных по схеме приведенной ниже.

Каждая обмотка двигателя подсоединяется через соответствующий ключ к положительному и отрицательному полюсу звена постоянного тока.

 

Рис.13.6. Силовой трехфазный импульсный инвертор

Система управления осуществляет управление силовым инвертором.

С помощью ключевых схем можно осуществить преобразование постоянного напряжение в синусоидальное напряжение переменной частоты и амплитуды.

Непосредственно, приложить синусоидальное напряжение переменной частоты и амплитуды к обмоткам двигателя данная схема не позволяет, но она позволяет, используя Широтно-Импульсную Модуляцию (сокращенно ШИМ), импульсно прикладывать к обмоткам двигателя напряжение звена постоянного тока, таким образом, что эффект оказывается практически эквивалентен, приложению синусоидального напряжения, требуемой частоты и амплитуды.

в) Принцип работы широтно-импульсной модуляции

Идею автономного инвертора напряжения (АИН) проиллюстрируем на простейшей однофазной схеме с четырьмя идеальными ключами 1, 2, 3, 4 и активной нагрузкой R – (см.рис.13 7.)
При попарной коммутации ключей 1,2 – 3,4 – 1,2 и т.д. через время Т/2 (рис,б) к резистору будет прикладываться переменное напряжение u_ab прямоугольной формы с частотой . Ток при активной нагрузке будет повторять форму напряжения. Изменяя коммутационный промежуток Т/2, можно менять частоту в любых пределах.

а)	б)

Рис. 13.7. Однофазный инвертор, нагруженный активным сопротивлением (а),
и диаграмма работы (б)

 

Таким образом, постоянное напряжение на входе инвертора с помощью электронных переключателей мы превратили в прямоугольное напряжение различной полярности.

Однако, для нормальной работы регулируемого асинхронного привода необходимо синусоидальное напряжение, частоту которого можно изменять по заданной программе.

Можно ли сформировать последовательность прямоугольных импульсов, полученных путем включения и отключения электронных ключей, в синусоидальный сигнал?

Да, можно. Для этого используют широтно-импульсную модуляцию.

        Последовательность прямоугольных импульсов характеризуется скважностью, то есть отношением длительности импульса к периоду его следования

 

 

Рис.13.8. Прямоугольные импульсы различной скважности

                                                                                                                                         

Из графиков видно, что чем больше скважность, тем больше переданная электрическая энергия. Если цепь с последовательностью импульсов через интегрирующую цепочку (RC или LC) подсоединить к вольтметру, то можно заметить, что напряжение на приборе тем выше, чем больше скважность импульсов. Так как период следования импульсов все время одинаков, то можно сказать, что напряжение на вольтметре прямо пропорционально ширине прямоугольного импульса

 

Рис.13.9. Зависимость величины напряжения на приборе от скважности импульсов.

 

Таким образом, если транзисторные ключи инвертора включать в определенной последовательности и открывать их на определенное время, то можно на выходе инвертора (см.рис. 13.6.) получить синусоидальный сигнал.

 Широтно-импульная модуляция - это процесс формирования импульсов из постоянного напряжения, причем ширина импульсов изменяется по определенному закону.

Это означает, что ширина каждого импульса в последовательности будет определяться уровнем управляющего сигнала в данный момент времени. Таким управляющим сигналом обычно служит сигнал с системы управления асинхронным приводом.

 Если такую последовательность импульсов напряжения по всем трем фазам послать на асинхронный двигатель, то ток в обмотках двигателя будет изменяться по синусоидальному закону. Изменяя период следования импульсов можно изменять частоту синусоидального сигнала и, следовательно, частоту вращения электропривода.

 

 

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 2076; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!