Материал: Лекция 16 Регулирование частоты вращения АД
Регулирование частоты вращения АД
Возможные способы регулирования частоты вращения. Су-
ществует два возможных метода регулирования частоты вращения асинхронных двигателей: изменением частоты вращения n1 магнитно-
го поля или величины скольжения s . Изменение частоты вращения поля n1 осуществляют двумя способами: изменением частоты f1 тока, подаваемого на обмотку статора, или изменением числа полюсов машины 2p. Изменение скольжения s при заданном нагрузочном
моменте M MH можно осуществить путем изменения питающего напряжения U1 , введения в цепь ротора добавочного активного со-
противления (в двигателях с фазным ротором) или подключения обмотки ротора к добавочному источнику электрической энергии с из-
меняющейся частотой f2 (в двигателях двойного питания и в асин-
хронных каскадах). При изменении питающего напряжения и введении в цепь ротора добавочного активного сопротивления мощность
скольжения sPЭМ целиком выделяется в цепи ротора в виде теплоты.
При подключении обмотки ротора к добавочному источнику электри-
ческой энергии мощность скольжения sРЭМ в основном поступает от
этого источника и в цепи ротора теряется только мощностьm2I22r2 .
Для изменения направления вращения ротора необходимо изменить направление вращения магнитного поля. В трехфазных машинах это осуществляют изменением чередования фаз, для чего переключают два провода, подводящие ток из сети к двум любым фазам обмотки статора.
Регулирование частоты вращения изменением частоты f1.
Этот способ регулирования частоты вращения позволяет применять наиболее надежные и дешевые асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Однако для изменения частоты питающего напряжения требуется наличие источника электрического тока переменной частоты. В качестве последнего используют либо синхронные генераторы с переменной частотой вращения, либо преобразователи частоты: электромашинные или статические, выполненные на управляемых полупроводниковых вентилях (тиристорах и транзисторах).
Зависимость максимального момента от напряжения и частоты выражается формулой
|
|
|
|
pmU2 |
|
|
|
|
||
Mm |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
. |
(2.56) |
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|||
4 f |
|
r2 |
x x |
|
||||||
|
2 |
2 |
|
|||||||
|
|
1 1 |
1 |
1 2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или, пренебрегая в (2.56) значением r1 в знаменателе и выражая
x1 2 f1L1 , x2 2 f1L1 ,
получаем
|
|
pm U |
2 |
|
|
|
|
pm U |
2 |
|
|
|
cU |
2 |
|
|||||
M m |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
, (2.57) |
4 f |
1 |
x x |
|
8 |
2 f |
2 |
L L |
f |
|
2 |
||||||||||
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
1 |
|
|||
где c– постоянная; L1 и L2 – индуктивности рассеяния обмоток статора и ротора.
Из (2.57) следует, что при изменении частоты f1, одновременно
с частотой вращения изменяется и максимальный момент, т.е. перегрузочная способность двигателя (отношение максимального момента
Mm к номинальному моменту Mн ). Для устойчивости работы двига-
теля необходимо обеспечить достаточную перегрузочную способность
Mm Kп . Следовательно, при частотном регулировании должно быть
Mн
обеспечено условие:
Mm1 Mm2 const,
Mн1 Mн2
где индексы «1» и «2» относятся к различным частотам вращения; Mн1 и Mн2 – нагрузочные моменты при этих частотах. Так как согласно (2.57)
M |
m1 |
U11 f1 2 2 |
|
|||
|
|
|
|
|
, |
|
M |
|
|
f |
|||
m2 |
U |
|
|
|||
|
|
1 2 11 |
|
|||
то получаем основной закон частотного регулирования:
U1 2 |
|
f1 2 |
|
Mm 2 |
(2.58) |
U11 |
f11 |
|
Mm 1 |
||
|
|
|
Этот закон впервые сформулирован академиком М.П. Костенко. Если требуется регулировать частоту вращения при постоянном нагру-
зочном моменте (Mc const ), то уравнение (2.58) принимает вид
U1 2 |
|
f1 2 |
const, |
(2.59) |
|
U1 1 |
f1 1 |
||||
|
|
|
т.е. питающее напряжение следует изменять прямо пропорционально его частоте. При этом мощность двигателя увеличивается прямо пропорционально возрастанию частоты вращения.
Механические характеристики двигателя при регулировании с Mm const даны на рис. 2.61, а.
Если регулирование происходит с постоянной полезной мощно-
стью P2 , то момент Mm должен изменяться обратно пропорциональ-
но частоте вращения, а, следовательно, и f1:
M |
m 2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
const, |
|
||||||
M |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
m 1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
Mm 2 |
|
|
(1) |
|
f1 1 |
. |
(2.60) |
|||
|
Mm 1 |
|
(2) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
f1 2 |
|
|||||
Подставляя (2.60) в (2.59), получаем закон изменения напряжения при регулировании с постоянной мощностью
U1 2 |
|
f1 2 |
.(2.61) |
|
U1 1 |
f1 1 |
|||
|
|
Механические характеристики для этого случая показаны на рис. 2.61, б.
f1(2) f1(1) |
f 1(1) |
|
f 1(2) f 1(1) |
||
f1(3) f1(2) |
||
f1(4) f1(3) |
f 1(3) f 1(2) |
|
|
а |
M |
б |
|
||
Рис. 2.61. Механические характеристики асинхронного двигателя |
||
при различных значениях f1 и M const (a), |
P2 const(б) |
|
Соотношения (2.59) и (2.61) являются приближенными, так как не учитывают влияния сопротивления r1 на Mm , что наиболее сильно
проявляется при малых частотах f , Поэтому при U1 |
const макси- |
||
1 |
|
f |
1 |
n |
n |
|
|
f 1(1) |
|
|
|
мальный момент Mm в зоне малых частот будет уменьшаться (рис.
2.61, а). Влияние этого сопротивления можно установить по упрощенной круговой диаграмме (рис. 2.62), диаметр которой при условии
|
U1 |
const остается неизменным. В этом случае при номинальной |
|
f |
|||
|
1 |
частоте линия моментов ОТ образует с диаметром окружности уголн , тангенс которого
tg н r1 / x1 x2 r1 / 2 f1н L1 L2 .
При пониженной частоте
tg н r1 / 2 f 1н L1 L2
Рис. 2.62.Упрощенная круговая диаграмма при регулировании
и линия моментов ОТ проходит существенно выше, что снижает значение максимального
момента (отрезок A |
E A |
Д |
E ). Увеличение частоты сверх |
f |
Д |
|
|
1H |
мало сказывается на максимальном моменте, так как угол H обычно мал.