Принципы и законы частотного регулирования

Классификация преобразователей частоты

Преобразователи частоты (ПЧ)

Лекция 18

ПЧв ЭП переменного тока предназначены для изменения частоты напряжения, подводимого к статору, в результате чего изменяется угловая скорость вращающегося магнитного поля (ВМП) при одновременном изменении амплитуды напряжения, подводимого к статору, в результате чего изменяется момент.

ПЧможно классифицировать по следующим признакам:

1) По структуре преобразования

· Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока ПЧ с ПЗПТ (двухзвенные преобразователи);

· Непосредственные преобразователи частоты НПЧ (однозвенные преобразователи).

Следует отметить, что по этому признаку наиболее широко применяемым видом преобразователя является ПЧ с ПЗПТ.

2) По способу преобразования

· Электромашинные ПЧ, в которых роль промежуточного звена постоянного тока выполняет система Г-Д;

· Статические преобразователи частоты СПЧ, в которых роль промежуточного звена постоянного тока выполняет выпрямитель.

Во всех случаях частотные преобразователи предназначены для выполнения следующих функций:

a) Мягкий и плавный пуск электродвигателей переменного тока;

b) Регулирование скорости вращения;

c) Различные способы торможения и реверс.

Непосредственное влияние на изменение угловой скорости ВМП ω₀ оказывает частота.

Рассмотрим можно ли регулировать угловую скорость электродвигателя, изменяя только частоту питающего напряжения f, не изменяя при этом его амплитуды.

Если пренебречь падением напряжения в статорной обмотке, то действующее значение напряжения статорной обмотки U₁ можно приравнять к ЭДС на зажимах статорной обмотки Е₁, которую в свою очередь можно выразить следующим образом

,

где k_ОБ – обмоточный коэффициент;

w – число витков фазы статорной обмотки;

Ф – магнитный поток двигателя;

f – частота питающего напряжения.

Предположим, что по технологическим условиям необходимо увеличить угловую скорость вращения двигателя ω. Для этого нужно увеличить частоту питающего напряжения f. Однако если при этом не изменять амплитуду напряжения U₁, это приведет к уменьшению магнитного потока Ф. При этом двигатель оказывается недогруженным, будет работать с низким КПД и, кроме того, будет потреблять из питающей сети большое количество реактивной энергии тем самым, загрязняя ее.

Предположим, что по технологическим условиям необходимо уменьшить угловую скорость вращения двигателя ω, с этой целью нужно уменьшить частоту питающего напряжения f. Если при этом не менять U₁, то это приведет к увеличению магнитного потока Ф, к соответствующему увеличению намагничивающего тока I₀ и, как следствие, к перегреву двигателя.

Таким образом, можно сделать вывод, что при изменении частоты f необходимо также изменять и действующее значение питающего напряжения. При этом закон изменения частоты и напряжения определяется видом производственного механизма, в частности для грузоподъемных и транспортных механизмов, у которых статический момент сопротивления не зависит от угловой скорости вращения, то есть М_С=const, целесообразно регулировать частоту напряжения по пропорциональному закону регулирования:

.

Для турбомеханизмов, у которых , целесообразно регулировать U и f по вентиляторному закону:

.

В общем виде любой закон регулирования должен подчиняться закону частотного регулирования Кащенко, который имеет следующий вид:

.

Рассмотрим структурную схему статического преобразователя частоты с звеном постоянного тока (рисунок 5.19).

Рисунок 5.19 – Структурная схема статического преобразователя частоты со звеном постоянного тока

На схеме показано:

1 – управляемый или неуправляемый выпрямитель;

2 – сглаживающий фильтр;

3 – инвертор;

СУ – система управления, которая включает в себя:

БУВ – блок управления выпрямителем;

БУИ – блок управления инвертором;

БЗС – блок задания скорости.

Блок 1 предназначен для преобразования синусоидального трехфазного напряжения питающей сети с частотой 50 Гц в однофазное постоянное пульсирующее напряжение, изменяющееся (управляемый выпрямитель) или неизменное (неуправляемый выпрямитель) по величине.

Сглаживающий фильтр – это низкочастотный фильтр, предназначенный для сглаживания пульсаций выходного напряжения или тока.

Инвертор предназначен для преобразования постоянного однофазного напряжения в переменное трехфазное напряжение, изменяющееся по частоте и амплитуде. Если выпрямитель управляемый, инвертор выполняет функцию регулятора только частоты, так как в этом случае амплитуду напряжения регулируют выпрямителем. В случае если выпрямитель неуправляемый, инвертор выполняет функцию регулятора и частоты, и напряжения.

Блок управления выпрямителем предназначен для подачи управляющих импульсов (и отпирающих, и запирающих) на силовые ключи выпрямителя. Если выпрямитель неуправляемый, блок управления выпрямителем отсутствует.

Блок управления инвертором предназначен для подачи управляющих импульсов на силовые ключи инвертора.

Блок задания скорости согласовывает функции БУВ и БУИ.

Остановимся на блоке 3 структурной схемы – инверторе.

Дата добавления: 2014-01-15