Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 32 )

Одной из них является одноканальная синхронная СИФУ, функциональная схема которой приведена на рис. 3.6. Эта СИФУ предназначена для тиристорных станций, обеспечивающих плавный пуск и регулируемое динамическое торможение АД, а также регулирование скорости электроприводов, не требующих высокого быстродействия. [11]

Вторая - синхронная аналого-цифровая СИФУ-2, принцип действия которой и динамические свойства описаны в § 3.3 и 3.4. Эта СИФУ предназначена для тиристорных станций, обеспечивающих регулирование скорости и динамическое торможение электроприводов с повышенным быстродействием. [12]

Автоматическое регулирование асинхронных двигателей изменением подводимого напряжения

Параметрический способ регулиро­вания асинхронного двигателя изме­нением подводимого напряжения об­ладает рядом недостатков. Среди них наиболее существенными являются: небольшая жесткость ста­тических механических характеристик и низкий диапазон регулирования. Подключением резистора к цепи ротора можно расширить диапазон регулирования, но при этом жесткость характеристик еще в большей сте­пени понижается и, следовательно, еще в большей степени понижается стабильность частоты вращения.

Введением отрицательной обрат­ной связи (см. § 42) можно устранить перечисленные недостатки. При этом не только повышается жесткость статических характеристик, но и рас­ширяется диапазон регулирования, даже если не включать в роторную цепь добавочного внешнего сопротив­ления.

Укрупненная схема такого электро­привода приведена на рис. 112, а. Изменение напряжения, подводимого к двигателю, осуществляется регуля­тором напряжения РН, в качестве которого может быть использован тиристорный регулятор. Стабилизирующую обратную отрицательную связь по частоте вращения в данном  случае осуществляю тахогенератором постоянного тока; можно применять и другие тахогенераторы. Принцип поддержания частоты вращения при изменении момента нагрузки не отличается от изложен­ного для двигателя постоянного тока.

В схеме, приведенной на рис. 112,а, требуемая частота вращения задается напряжением U3 потенцио­метра датчика ПД, определяемым положением движка. Напряжение обратной связи Uтг, соответствующее реальной частоте вращения регули­руемого двигателя, снимается с якоря тахогенератора ТГ. Причем, так как обратная связь отрицательная, поляр­ность напряжения Uтг противополож­на полярности напряжения U3. Следо­вательно, сигнал Uвх, подаваемый на вход усилителя У, определяется как разность напряжений U3 и Uтг.

Если по каким-либо причинам реальная частота вращения двигате­ля понизилась, понизится частота вращения ТГ и, следовательно, умень­шится напряжение обратной связи Uтг. Если заданный входной сигнал U3 не изменяется, т. е. требуется поддерживать частоту вращения дви­гателя на одном и том же уровне, увеличится сигнал Uвх. На выходе усилителя У появится большее напря­жение, чем прежде. Под действием большего входного сигнала регулятор напряжения подает большее напряже­ние на статорные обмотки регули­руемого двигателя. Двигатель повысит свой момент на валу и его частота вращения увеличится. Таким образом, произойдет стабилизация частоты вра­щения при ее уменьшении. По аналогии нетрудно проследить процессы, происходящие в приводе при повыше­нии частоты вращения под воздей­ствием каких-либо возмущений.

­

Рис. 112. Схема (а) и механические характеристики (б) замкнутого привода с регулятором напряжения

На рис. 112,б сплошными линиями показано семейство механических ха­рактеристик для рассматриваемого привода (U31> U32> U33> U34), а пунктирными — семейство механиче­ских характеристик        (Uу1 > Uу2 > Uу3) при отключении отрицатель­ной обратной связи.

Характеристики привода с отрица­тельной обратной связью лежат между двумя характеристиками асинхрон­ного двигателя. Первая из них полу­чена при подаче на двигатель мак­симально возможного напряжения, которое способен создать регулятор напряжения, вторая — при подаче минимально возможного напряжения, которое способен создать регулятор напряжения при нулевом сигнале управления.

Сравнение характеристик двух семейств показывает очевидное пре­имущество характеристик замкнутого привода, которые более жесткие и, следовательно, обладают более ста­бильными частотами вращения и боль­шим диапазоном регулирования.

Достоинством рассмотренного ав­томатического способа регулирования являются такие качества приводов, построенных на его основе, как относительная простота, надежность, удобство в эксплуатации, возмож­ность использования в тяжелых производственных условиях.

Недостатком привода является на­личие больших потерь. Действитель­но, в любой момент времени регу­лируемый двигатель работает на одной из характеристик, показанных на ри­сунке пунктиром. Следовательно, частота вращения идеального холосто­го хода остается неизменной при различных сигналах управления, т. е. при различных напряжениях, при­ложенных к статору. Если при этом двигатель развивает низкую частоту вращения, то скольжение оказывает­ся значительным и потери также велики. Это определяет низкий кпд привода. При частоте вращения дви­гателя в 2 раза ниже номиналь­ной и номинальной нагрузке, потери привода достигают 50% потребляемой мощности. Если при тех же условиях в процессе регулирования понизить частоту вращения в 5 раз от номи­нальной, потери будут составлять 80%. ,

Рассмотренный способ регулиро­вания характерен для приводов мощ­ностью не более 20—30 кВт, исполь­зуемых в основном в технологи­ческих процессах, требующих кратковременной работы двигателей (пов­торно-кратковременный и кратко­временный режимы). В таких режи­мах от двигателя требуется преодо­ление значительных нагрузок. Может оказаться, что привод с характеристи­ками, приведенными на рис. 112,б, не способен удовлетворить это требо­вание. Действительно, двигатель не сможет создать на валу момент МА при частоте вращения пА (точ­ка А), так как эти параметры выходят за пределы семейства характеристик. Максимальный момент, создаваемый при nа, определяется моментом Мв (точка В), причем МВ<МА.

Для того чтобы двигатель разви­вал большие моменты при низких частотах вращения, в цепь ротора вводят дополнительное сопротивление. В результате этого диапазон регулирования увеличивает­ся. В частности, при тиристорном регуляторе напряжения диапазон регулирования составляет Д =  (15ч20): 1.

Автоматическое регулирование асинхронных двигателей с частотным управлением

Основные показатели регулиро­вания определяются видом механи­ческих характеристик. Поэтому при конструировании электропривода стремятся, используя тот или иной способ регулирования, сформировать механические характеристики, позво­ляющие получить заданные показате­ли.

При частотном регулировании стремятся так воздействовать на дви­гатель, чтобы его механические ха­рактеристики обеспечивали требуемую перегрузочную способность и жест­кость во всем диапазоне изменения частоты вращения вала. Этим доби­ваются высокой стабильности частоты вращения и увеличения диапазона регулирования.

Необходимая перегрузочная спо­собность обеспечивается выполнением определенных соотношений между частотой и напряжением статора. Для достижения высокой жесткос­ти, а следовательно, и высокой ста­бильности частоты вращения вводят обратные отрицательные связи по частоте вращения.

Соотношения между напряжением и частотой, которые необходимо выдерживать при различных видах механических характеристик рабочих механизмов, чтобы перегрузочная способность двигателя оставалась высокой. Для этого требуется устройство, поз­воляющее независимо друг от друга изменять напряжение и частоту. Такое устройство называется преобразова­телем частоты. По принципу действия преобразователи частоты можно раз­делить на электромашинные и вен­тильные (статические).

Электромашинные преоб­разователи состоят из четырех электрических машин. Поэтому они громоздки, обладают низкими динами­кой и кпд, невысокой надежностью, требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат. В настоя­щее время электромашинные преоб­разователи вытесняют вентильные преобразователи, которые позволяют расширить сферу применения деше­вых, экономичных и надежных асин­хронных двигателей с короткозамкну­тым ротором.

Элементная база статических пре­образователей обширна. Однако в пос­леднее время наиболее перспектив­ными из них являются преобразователи на тиристорах. Существует боль­шое разнообразие схем статических преобразователей, каждая из которых удовлетворяет конкретным требова­ниям по мощности, диапазону регу­лирования частоты вращения, поте­рям электроэнергии, простоте осу­ществления регулирования и т. д.

Подавляющее большинство наибо­лее распространенных схем можно разделить на два класса: тиристор­ные преобразователи с непосредствен­ной связью и тиристорные преобра­зователи с промежуточным звеном постоянного тока.

Принцип действия тиристорных преобразователей с непосредственной связью заключается в том, что напря­жение питающей сети непосредственно подается на статорные обмотки двига­теля через тиристоры, когда они от­крыты. Частота напряжения на фазах двигателя регулируется последова­тельностью включения тиристоров, а амплитуда — изменением угла вклю­чения их.

Укрупненная функциональная схе­ма таких преобразователей приведе­на на рис. 114. Система управления СУ на схеме обеспечивает нужную последовательность включения тирис­торов силовой части СЧ. Линии трехфазной сети до преобразователя частоты ПЧ обозначены большими буквами А, В, С, а после ПЧ — малы­ми — а, б, с. Напряжения UАВ, UВС, UСА между линиями А и В, В и С, С и А трехфазной синусоидаль­ной сети с частотой 50 Гц изображены на рис. 115,а. На примере формирова­ния требуемого напряжения UаЬ меж­ду линиями а и b рассмотрим, какую последовательность работы СЧ должна обеспечить СУ, чтобы получить частоту напряжения на вы­ходе ПЧ меньшую, чем на входе. Остальные напряжения Ubс и Uса образуются аналогично. Для простоты угол включения тиристора а = 0.