Принцип частотного регулирования скорости АД. Механические характеристики АД при частотном регулировании.

Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока (ДПТ) достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор; такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.

Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.

Принцип частотного метода регулирования скорости АД заключается в том, что, изменяя частоту  питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов  изменять угловую скорость магнитного поля статора. Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью. Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения АД, поэтому потери мощности при регулировании невелики.

Для получения высоких энергетических показателей АД - коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение.

Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Mс. При постоянном моменте нагрузки Mс=constнапряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте Для вентиляторного характера момента нагрузки это состояние имеет вид , а при моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости-

Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статоре АД.

Преимущества использования регулируемого электропривода в технологических процессах: Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра.

Так как частота вращения магнитного поля статора n ₀ = 60 f /р, то регулирование частоты вращения АД можно производить изменением частоты питающего напряжения f с. Для эффективного использования электродвигателя при частотном регулировании необходимо, чтобы с изменением частоты одновременно изменялось напряжение.

Схема частотного электропривода приведена на рис.4, механические характеристики АД при частотном регулировании — на рис.5. 

С уменьшением частоты f критический момент несколько уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняет­ся возрастанием влияния активного сопротивления обмотки статора при одновременном снижении частоты и напряжения. Частотное регулирование позволяет изменять частоту вращения в диапазоне (20...30): 1. Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования АД с короткозамкнутым ро­тором. Потери мощности при таком регулировании невелики, поскольку минимальны потери скольжения.

9 Преобразователи частоты для регулируемого электропривода. Функциональная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока.

 

Принцип работы преобразователя частоты: Преобразователь частоты (ПЧ) состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора (АИН), системы управления СУИ ШИМ, системы автоматического регулирования (САР), дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв. Регулирование выходной частоты f _вых и напряжения U _вых осуществляется в АИН за счет высокочастотного широтно-импульсного (ШИМ) управления.      Рис. 1. Упрощенная схема автономного инвертора с ШИМ

 ШИМ характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора ЭД подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя.

Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.

Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис.2). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодулирована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна.

Регулирование выходного напряжения АИН можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const. Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При ШИМ-модуляции форма токов в обмотках статора АД получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.

Рис.2.  Кривые напряжения и тока навыходе   Рис.3.  Схема инвертора: И – трехфазный мостовой    тора с ШИМ                                                                     инвертор; В – трехфазный мостовой     выпрямитель;                                                                                Сф –                      .. конденсатор фильтра                                                                                        

Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов – запираемых – тиристоров, либо биполярных - транзисторов с изолированным затвором. На рис.3 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора на - транзисторах.

Она состоит из входного емкостного фильтра Cф и шести транзисторов V1-V6 включенными встречно-параллельно диодами обратного тока D1-D6. За счет поочередного переключения вентилей V 1- V 6 по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжение U в преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключи V 1- V 6 протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя АД, через диоды D 1- D 6 – реактивная составляющая тока АД.

10. Особенности работы электроприводов в условиях сельского хозяйства. Приводные характеристики рабочих машин.

Помимо приводных характеристик машин, для выбо­ра рационального электропривода необходимо учитывать условия окружающей среды и электроснабжения. Ряд сельскохозяйственных помещений отличается высоким со­держанием химически активных веществ в сочетании с вы­сокой влажностью окружающей среды (животноводческие помещения), запыленностью (мельницы, зернотока, дерево­обделочные мастерские). Кроме того, электродвигатели часто работают на открытом воздухе, подвергаясь непо­средственному воздействию атмосферных влияний.

Наиболее агрессивное включение атмосферы помеще­ний - аммиак, содержание которого в животноводческих помещениях колеблется в широких пределах (в свинарни­ках - 0,2…0,04, в коровниках - 0,05…0,018 мг/л при максимуме в ночные часы). Относительная влажность до­стигает 90…98%. Сероводород в помещениях находится в малом количестве (0,001 мг/л). Углекислый газ, взаимо­действуя с водой, образует слабую неустойчивую кис­лоту, существенно не влияющую на изоляцию, но усили­вающую коррозию металлов. При таких тяжелых усло­виях окружающей среды и малом числе часов работы в сутки, когда двигатели не успевают «самоосушиться», со­противление изоляции электрооборудования быстро сни­жается. Поэтому электрооборудование для животновод­ческих помещений должно быть рассчитано на работу в среде с относительной влажностью до 90…100% при со­держании паров аммиака до 0,2 мг/л.

Иногда питание сельскохозяйственных электропри­водов осуществляется от маломощных источников элект­роснабжения. К ним относят автономные электростанции и подстанции, мощность которых соизмерима с мощностью электродвигателей, и источники с сопротивлением питаю­щих линий, соизмеримым с сопротивлением короткого за­мыкания электродвигателей. В этих случаях при пуске электродвигателя наблюдается значительное снижение на­пряжения, влияющее на работу потребителей и прежде всего асинхронных электродвигателей, у которых умень­шаются пусковой и максимальный моменты, что может привести к невозможности разбега пускаемого и остановке работающих двигателей.