ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫИ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
Наиболее рациональным способом плавного регулирования угловой скорости является частотный способ, возможность которого базируется на линейной зависимости угловой скорости магнитного поля статора от частоты напряжения питания; си0 2к//р„.
По этому принцип}' возможно осуществление широко регулируемых электроприводов с жесткими механическими характеристиками. Важным преимуществом частотного привода являются благоприятные энергетические показатели. Это объясняется тем, что двигатель работает при малых скольжениях, что обусловливает малые потери и высокий КПД во всем диапазоне регулирования скорости. Однако при изменении частоты возникает необходимость одновременного регулирования напряжения, подводимого к статору. Действительно, ЭДС обмотки статора АД определяется как
Е,=сФU
Если пренебречь падением напряжения в статорной обмотке, ПОЛОЖИВ U~E], TO U 1~сФ/!, т. е. при неизменном напряжении и регулировании его частоты изменяется магнитный поток машины. В частности, уменьшение J) вызовет увеличение потока, что приведет к насыщению магнитопровода двигателя и вызовет резкое возрастание намагничивающего тока, и недопустимый нагрев как стали, так и обмоток статора.
С другой стороны, увеличение// приводит к уменьшению потока, что при постоянстве момента сопротивления вызывает увеличение тока в роторе, т. е. перегрев ротора при недоиспользовании стали. Таким образом, для наилучшегоиспользования двигателя необходимо регулировать напряжение одновременно в функции частоты, а иногда и в функции момента сопротивления.
Для того чтобы реализовать принцип частотного управления, необходимо взаимосвязанно управлять напряжением (током) в статоре асинхронной машины при изменении частоты питания. Поэтому в разомкнутых системах ПЧ - АД не удается достичь большого диапазона регулирования скорости, так как в сильной степени проявляется етатизм (влияние изменений момента нагрузки) на механические характеристики привода. Кроме того, при снижении скорости может возникать область статической неустойчивости, которая затрудняет практическое использование таких приводов.
Существует несколько алгоритмов одновременного изменения частоты и напряжения статора в статическом режиме. Чаще всего стремятся сохранить постоянной перегрузочную способность двигателя, т. е. сделать так, чтобы при всех режимах отношение максимального момента к моменту сил сопротивления оставалось постоянным:
Таким образом, напряжение необходимо регулировать не только в функции частоты, но и в функции нагрузки. Критический момент трехфазного АД:
где со0 - синхронная скорость; R/ - активное фазное сопротивление обмогки статора; хк=хі+х'2 - индуктивное фазное сопротивление к. з.
Пренебрегая величиной Ri по сравнению с х* и учитывая, что Х}:^2тс[іЬІГ, можно получить
Следовательно, критический момент прямо пропорционален квадрату напряжения и обратно пропорционален квадрату частоты, поэтому
Таким образом, для сохранения постоянной перегрузочной способности необходимо изменять напряжение пропорционально частоте и корню квадратному от момента нагрузки. Этот общий принцип регулирования может быть уточнен для конкретных режимов работы механизма:
а) При моменте нагрузки, не зависящем от скорости,
Мс=const, и по выражению (*) следует, что напряжение надо изменять пропорционально частоте
U
= const
Такой способ с точностью до принятого допущения R /'= О обеспечивает постоянную перегрузочную способность двигателя на малой скорости. Поскольку справедливо предположение, что Uj-Ei, такой способ регулирования соответствует 0=const. Фактически же, при увеличении нагрузки, ЭДС при постоянном напряжении на статоре уменьшается, что сопровождается уменьшением Мк - Критический момент, а следовательно, и перегрузочная способность двигателя возрастает, если использовать способ регулирования с поддержанием O=const во всем диапазоне скоростей и нагрузок.
б) При моменте нагрузки, требующем постоянства мощности на всех скоростях, те. при изменении момента нагрузки обратно пропорционально скорости Мс=Р/со, считая, что скорость двигателя пропорциональна частоте, из (*) следует, что напряжение необходимо изменять пропорционально корню квадратному из частоты
и
= const
в) При вентиляторной характеристике механизма, т. е.
при Мс=СО)2 из (*) следует, что напряжение необходимо изменять пропорционально квадрату частоты
—— = const
Благодаря своей простоте, данные зависимости широко распространены на практике, однако они являются приближенными. При малых частотах и малых напряжениях на двигателе возрастает роль падения напряжения на активном сопротивлении статора. Если снижать напряжение строго пропорционально частоте при Mc=const, то это приведет к уменьшению магнитного потока. Поэтому в частотном приводе напряжение должно снижаться в меньшей степени. Для этого применяют систему IR-компенсации, в которой закон регулирования Uj/f)= const заменен соотношением
|і/, —IlRl I / fі = const
В приводах, в которых производится компенсация падения напряжения на сопротивлении статора, поддерживается постоянное соотношение между частотой и напряжением | U)—
///;/], которое отличается от напряжения сети на величину падения напряжения на активном сопротивлении статора.
Оптимальный закон частотного управления при постоянстве перегрузки является не единственным, используемым на практике. Например, часто реализуются другие законы: постоянства магнитного потока машины, минимума потерв и другие. Частотное регулирование с поддержанием постоянства потока практически тождественно управлению с компенсацией падения напряжения в статорных цепях. При этом асинхронный привод приобретает следующие свойства:
1. Токи статора, ротора и поток (кроме потерь в стали) остаются неизменными.
2. При работе с максимальным потоком двигатель имеет более жесткую рабочую часть механической характеристики и больший критический момент на естественной характеристике.
3. При уменьшении нагрузки поток становится избыточным, что приводит к завышению потерь и нарушению оптимальности этого закона регулирования при переменном моменте нагрузки.
При управлении по минимуму потерв создание необходимого момента, пропорционального произведению тока ротора на поток, осуществляется при равенстве переменных и постоянных потерь, связанных с возбуждением машинві (ее магнитным потоком)- Такое управление обеспечивает минимум потерь и оптимальность КПД привода.
Наглядное представление о перечисленных выше законах частотного регулирования скорости АД дает схема замещения (рис. 1. 6), представленная в относительных единицах на рис. А. На схеме обозначено:
0. со0/(оп относительная частота;
v=co/co„ - относительная скорость ротора:
/]=o.-v = (co0-oj)/coi1 - абсолютное скольжение, значение которого не зависит от о.(со0).
Рассмотрим механические характеристики co-f(M) асинхронного двигателя при различных законах изменения напряжения на зажимах статора при частотном регулировании.
1. Характеристика co=f(M) при законе регулирования скорости Ui/o.=consl (кривая 1 на рис.4). Из схемы видно, что поскольку R] не зависит от о., то по мере снижения частоты доля падения напряжения на активном сопротивлении растет и напряжение за активным сопротивлением Е! а уменьшается. ЭДС двигателя E’ja, которая должна была бы уменьшаться пропорционально а, уменьшается в большей степени, что вызывает снижение жесткости и критического момента по мере уменьшения частоты.
| Рисунок 4 - Схема замещения є относительных единицах и механические характеристики при различных законах частотного управления |
2. Регулирование напряжения с компенсацией падения напряжения в активном сопротивлении обмотки статора. Если напряжение на зажимах двигателя менять таким образом, что EJo.=const, то величина потока не зависит от частоты питающего напряжения, а зависит от тока двигатечя. Механические характеристики при таком способе регулирования скорости будут обладать требуемой перегрузочной способностью и высокой жесткостью во всем диапазоне регулирования скорости. При номинальной частоте характеристика co=f(M) практически совпадает с характеристикой при законе U i/a,=const.
3. Характеристика co=f(M) при Ф=const или E^/a=const (кривая 2). При Ф=const максимальный момент двигателя получается значительно больше, чем максимальный момент, развиваемый двигателем при регулировании по закону EJo.=const.
4. Характеристика co=f(M) при законе поддержания постоянства потокосцепления ротора, который обеспечивается путем изменения напряжения на зажимах статора в функции частоты а и абсолютного скольжения /і, причем эти функции нелинейны. В этом случае механическая характеристика представляет собой прямую, подобную характеристике двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (кривая 3 на рис. 4). Данный способ регулирования скорости реализуется в системах векторного управления.
К одним из наиболее распространенных устройств современной силовой электроники относятся автономные инверторы напряжения. В составе преобразователей частоты они преобразуют постоянное напряжение в переменное напряжение регулируемой частоты и среднего значения. Они …
С начала 90-х годов ведущие электротехнические фирмы выпускают ПЧ третьего поколения, среди которых наиболее значительной является группа преобразователей со звеном постоянного тока и автономным инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией для …
5.1 Элементная база В истории развития преобразовательной техники для электроприводов переменного тока можно выделить три этапа. До начала 80-х годов частотно-регулируемые приводы строились на базе тиристорных ПЧ с аналоговым управлением, …
msd.com.ua
Система частотного регулирования состоит из основного и вспомогательного оборудования преобразовательного звена технических и программных средств, которые служат для выполнения действий по частотному регулированию в технологической инженерной системе или ее отдельных частях.
В состав системы входят:
Кроме преобразователей частоты, являющихся основным оборудованием для частотного регулирования, в число оборудования можно включить:
СЧР являются основным оборудованием, предназначенным для автоматической работы насосных агрегатов, включенных в магистраль по обеспечению потребителей горячей и холодной водой, а также для отопления.
Рис №1. Блок-модуль, комплексная станция частотного регулирования
Использование станции способствует экономии электроэнергии и понижению затрат на эксплуатацию
Настройка станции приводит к поддержанию параметров работы в автоматическом режиме, разрешает плавный пуск двигателя, служит для защиты оборудования, перевод питания в автоматическом режиме на питание от резервного источника.
Частотное регулирование электроприводов повышает надежность работы оборудования и систем, автоматизирует производство, позволяет экономить электрическую энергию и ресурсы. Частотное регулирование насосов производимое, при использовании инвертора обеспечивает плавный пуск двигателя, увеличивает эксплуатационное время работы электропривода и трубопроводов, предотвращает гидроудары, помогает поддерживать напор в трубах на должном уровне.
Принцип частотного регулирования асинхронного двигателя или синхронной машины, основан на применении преобразователя частоты. Присутствие инвертора позволяет регулировать скорость вращения вала электропривода плавно и бесступенчато, электронным способом. Достигается при помощи изменения частоты питающего напряжения, в этом случае изменяется угловая скорость магнитного поля статора.
Рис №2. Схема частотного регулирования электропривода
Применение скважинных насосов с частотным регулированием, способствует хорошей эксплуатационной способности устройства за счет повышения жизненного цикла насоса, происходит это при замене задвижкой, используемой при подаче на частотный преобразователь для регулирования частоты вращения.
Использование насосов с частотным регулированием снижает энергопотребление на 10 – 60%, что способствует эффективному энергосбережению.
Рис № 3. Работа насосов с частотным регулированием на сеть с преобладанием статической составляющей
Применение частотного привода для скважинных насосов имеет несколько существенных недостатков,их надо принимать во внимание при выборе систем регулирования.
Частотное регулирование оптимально при использовании в системах с динамической составляющей.
Регулирование скорости асинхронной машины происходит при управлении по частотной зависимости подаваемого напряжения. в этом случае отношение напряжения и частоты,
U = ƒ(ƒ)
U / (ƒ) = const
При уменьшении частоты происходит снижение скорости вращения двигателя, одновременно происходит увеличение скольжения. При условии регулирования скорости по линейной частотной зависимости U / (ƒ) = const приложенного напряжения происходит уменьшение максимального момента на 1/3 при меньших скоростях. При частотном регулировании закономерность частотного регулирования напряжения машины напрямую зависит от вида нагрузочной характеристики, приложенной к валу двигателя.
Использование внедрения добавочной ЭДС в цепь ротора, применяется в вентиляционных системах. Двигатели постоянного тока или инверторы напряжения служат источником ЭДС При добавлении ЭДС понижается ток ротора, происходит снижение двигательного момента, скорость вращения двигателя понижается.
Для мощных асинхронных двигателей целесообразно применять закон пропорционального регулирования. Применение этого закона способствует понижению критического момента и соответственно перегрузочной способности двигателя.
Скорость синхронного двигателя также регулируется по частотному принципу. Из-за синхронного вращения рота с вращением магнитного поля статора, при уменьшении частоты рабочая характеристика машины падает, при увеличении возрастает.
Частотное регулирование вентиляторов происходит на понижение давления вентилятора, это происходит из-за подбора электродвигателя по мощности соответственно к максимальному давлению и производительности вентиляционной системы. Частота вращения вентилятора изменяется по сигналу (обратной связи) от термодатчика с использованием алгоритма пропорционально-интегрального регулирования.
Рис №4. Энергоэффективность при частотном регулировании вентиляционных систем
Для решения вопросов по сбережению ресурсов и электроэнергии принято решение о разработке и внедрению «умных» асинхронных двигателей, снабженных системами частотного регулирования. Частотный привод снижает нагрузку по току за счет применения плавного пуска. Применение двигателя для частотного регулирования повышает коэффициент полезного действия двигателя и способствует энергосберегающим факторам, позволяет избавиться от многих механизмов, увеличивающих потери по мощности и понижающих надежную работу устройства.
Главное преимущество электродвигателя для частотного регулирования заключается в наличии высокого опрокидывающего момента что, обеспечивает устойчивую работу в самом широком диапазоне регулирования.
enargys.ru
ЧАСТОТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
Цены на преобразователи частоты(12.11.14г.):Модель Мощность ЦенаCFM110 0.25кВт 1500грнCFM110 0.37кВт 1600грнCFM210 1,0 кВт 2200грнCFM210 1,5 кВт 2400грнCFM210 2,2 кВт 2900грнCFM210 3,3 кВт 3400грнКонтакты для заказов:+38 050 [email protected]Более подробнее, фото, доставка и оплата на стр. //msd.com.ua/invertor/invertor/
А. А. Булгаков
Основным средством автоматизации машин-орудий в современном производстве является электропривод. В США электродвигатели потребляют 64% всей электроэнергии. Стало банальным утверждение, что самым дешевым, надежным и быстродействующим электродвигателем является асинхронный. И это бесспорно, но короткозамкнутый асинхронный двигатель, при всех своих достоинствах, при питании от сети стандартной частоты становится двигателем с постоянной скоростью, а современный электропривод из средства снабжения механической энергией рабочих машин, благодаря регулированию скорости, в прогрессирующей степени становится могучим средством управления, повышения производительности и качества технологических процессов [1].
Вот почему техническая мысль свыше полувека занята проблемой освобождения короткозамкнутого двигателя от оков стандартной частоты вращения при сохранении всех его достоинств. Для этого было необходимо и достаточно всего только обеспечить каждый двигатель своим индивидуальным источником энергии переменной, управляемой частоты. Отсюда следует термин, которым мы будем пользоваться, «частотное управление».
В интересах истины можно заметить, что частотное управление короткозамкнутыми двигателями является по нраву и преимуществу русским, советским достижением.
В 1889 г. русский инженер М. О. Доливо-Добровольский, ставший в результате политической эмиграции главным инженером немецкой фирмы АЭГ (Всеобщая компания электричества), разрабатывая впервые энергосистему трехфазного тока, получил патент DRP 51083 от 31.08.1889 г. на трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель. До этого, в 1885 г. Галлилей Феррарис открыл явление вращающегося магнитного поля, а год спустя, в 1886 г., серб Н. Тесла, независимо от Феррариса, построил двухфазный асинхронный двигатель с распределенной обмоткой, но с неудачной (не круглой) конструкцией ротора.
В 1916 г. будущий академик М. П. Костенко в сотрудничестве с Н. С. Япольским начал разрабатывать для питания асинхронных двигателей специальный коллекторный генератор с раздельно управляемыми напряжением и частотой при постоянной его скорости. В 1921 г. ими был заявлен первый патент на новую машину.
В 1925 г. М. П. Костенко опубликовал статью, в которой были изложены основы теории асинхронного двигателя при переменной частоте и в которой впервые изменение частоты рассматривалось как метод регулирования скорости короткозамкнутых двигателей [2]. В этой работе со,- держались все основные, при обычно принятых допущениях, положения о режимах работы и характеристиках асинхронного двигателя при частотном управлении в стационарных режимах. Эту работу законно считают положившей начало трудной истории частотного управления. Все последующие многочисленные работы или уточняли отдельные положения статьи М. П. Костенко, или, в подавляющем большинстве, относились к способам и устройствам преобразования частоты.
Коллекторные генераторы переменной частоты и другие электромашинные преобразователи получили ограниченное применение из-за общих недостатков, свойственных электромашинным преобразователям, — громоздкости, механического метода управления частотой, наличия вращающихся машин и, особенно, коллектора. Это с самого начала стимулировало изыскания статических способов преобразования частоты на основе вентилей. Однако проблема создания вентильного преобразователя частоты, удовлетворяющего всем необходимым технико-экономическим требованиям управления асинхронным двигателем, оказалась достаточно сложной.
Создание работоспособных вентильных преобразователей частоты потребовало решения двух основных задач:
1) разрабоїки надежных, экономичных, малогабаритных, удобных в монтаже и эксплуатации вентилей,
2) изыскания удовлетворительных схем коммутации тока.
В разработках вентильных преобразователей частоты с самого начала, т. е. с конца тридцатых годов, использовались вентили того времени — ртутные вентили с сеткой, тиратроны, несколько позже — контактные вентили. Но те или другие недостатки, свойственные им (общий катод у ртутных вентилей, горячий катод и низкая надежность тиратронов, неудобства механической коммутации контактных устройств), препятствовали применению предложен-
ных в то время преобразователей частоты и вентильных приводов с частотным управлением. Постепенно качество газоразрядных вентилей улучшалось. Были созданы одноанодные ртутные безнасосные выпрямители и металлические тиратроны и игнитроны. С сороковых годов электропривод с двигателями постоянного тока, питаемыми от преобразователей на тиратронах, получил широкое применение почти во всех странах Европы и США. Но преобразователь частоты с непосредственным питанием от сети переменного тока, предложенный в 1939 г. Д. А. Завалиши - ным, было трудно реализовать на тиратронах из-за боль-
| Рис. В.1 |
шого числа вентилей, а для двухзвенпых преобразователей частоты по схеме выпрямитель — инвертор не удавалось получить удовлетворительное качество коммутации. Когда такое решение в середине пятидесятых годов наметилось, оно все еще не могло получить широкой промышленное реализации из-за недостатков тиратронов. Попытки создать преобразователи на транзисторах не могли иметь серьезного значения из малой мощности транзисторов.
Только появление силовых полупроводниковых вентилей — тиристоров поставило проблему вентильного преобразователя частоты, а с ним и бесконтактного вентильного привода с частотным управлением на прочную, экономически обоснованную почву.
Тем не менее к выходу первого издания настоящей монографии в 1955 г., т. е. спустя 30 лет после основополагающей статьи М. П. Костенко, привод с частотным управлением уже получил, хотя и ограниченное, но прочное применение для некоторых видов производственных машин и в специальных установках с электромашинными преобразователями. Применялись вращающиеся преобразователи двух основных видов.
1. Простые преобразователи: двигатель-генераторные агрегаты, состоящие из двух машин, связанных муфтой и вращающихся с переменной управляемой скоростью (ри£. В.1,а), — генератора переменной частоты (синхрон - ного генератора СГ или индукционного преобразователя ИПЧ) и двигателя постоянного тока М с регулируемой скоростью, с питанием от цеховой сети постоянного тока или трехфазного коллекторного двигателя КМ с питанием от заводской сети переменного тока.
Индукционный преобразователь частоты представляет собой обыкновенную асинхронную машину с фазным ротором, одна обмотка которой (статора или ротора) возбуждается частотой сети, ротор же вращается приводным двигателем.
2. Каскадные преобразователи, составленные из двух двухмашинных агрегатов (рис. В.1,в): агрегата постоянной скорости, состоящего из синхронного или асинхронного двигателя М и генератора постоянного тока с независимым возбуждением Г или агрегата переменной скорости, состоящего из двигателя постоянного тока независимого возбуждения М и синхронного генератора или индукционного преобразователя частоты ПЧ.
Регулирование скорости второго агрегата осуществляется изменением возбуждения генератора постоянного тока, а также, если необходимо расширить диапазон регулирования, и изменением возбуждения двигателя постоянного тока. При изменении скорости изменяются соответственно частота и напряжение генератора переменной частоты.
Типовые промышленные каскадные электроприводы применялись для всех мощностей и обычно имели диапазон частотного регулирования от 5: 1 до 6: 1 в системах с синхронным генератором и от 2:1 до 3:1 — с индукционными преобразователями. Высокоскоростной привод с асинхронными генераторами применялся и при значительно более широком диапазоне регулирования частоты.
Среди приводов с частотным управлением одним из первых получил эффективное промышленное применение индивидуальный привод рольгангов металлургических заводов. Определяющими оказались два фактора: надеж-, ность двигателей и удобство согласованного регулирования их-угловой скорости.
В прокатном цехе современного металлургического завода рольганги выполняют две основные функции: рабочие рольганги осуществляют подачу металла в валки прокатного стана, транспортные рольганги являются основным средством, обеспечивающим непрерывность технологического процесса прокатки. Длина отдельных рольгангов доходит до 100 м, а установленная мощность их электроприводов достигает 25—50% от установленной 6
мощности приводов всех вспомогательных механизмов.
Жесткие требования к надежности и экономичности привели к развитию индивидуального электропривода роликов рольгангов. Первая такая установка была вызвана необходимостью в криволинейном рольганге. Она появилась в 1909 г., но широкое применение индивидуальный привод получил в годы первых пятилеток.
По сравнению с групповым приводом через сквозной вал с передачей к отдельным роликам на конических зубчатых передачах индивидуальный привод имеет существенные преимущества. Его надежность значительно выше, упрощается и удешевляется конструкция рольганга, увеличивается производительность благодаря более выгодным динамическим характеристикам индивидуального привода, существенно снижается расход электроэнергии.
Применение частотного управления в индивидуальном приводе рольгангов обусловлено необходимостью согласованного регулирования скорости и управления пуском, торможением и реверсом большого числа двигателей, приводящих во вращение ролики. Для индивидуального привода рольгангов с частотным управлением промышленность выпускает специальные серии короткозамкнутых асинхронных двигателей.
В свое время для рольгангов были разработаны специальные электроролики, объединяющие конструктивно двигатель с роликом. Такой электроролик состоит из неподвижной оси, на которой закреплены статор с неподвижной обмоткой и выводами в осевом отверстии и ротором с алюминиевой или латунной короткозамкнутой клеткой, корпусом которого является сам ролик. Однако несмотря па простоту конструкции электроролики не оправдали себя из-за тяжелых условий охлаждения обмоток статора.
Вторая специфическая область применения частотноуправляемого привода — текстильные машины (прядильные и крутильные).
В каждой из таких машин имеются сотни электрошпинделей, объединяющих электродвигатель с рабочим орудием, например рогулькой. Типичная конструкция электроверетена представляет собой асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 0,05— 0,2 кВт, сквозь полый вал которого проходит нить к укрепленной на нем рогульке.
Индивидуальный электропривод с частотным управлением получил применение в ватерах сухого прядения джутовой и пеньковой пряжи, в машинах мокрого прядения пеньки, льна, для изготовления тонкой пряжи, а также в
разных гребенчатых прядильных машинах для самой тонкой и самой грубой пряжи. Частотное управление занялсЗ важное место в производстве искусственного шелка, в пер* вую очередь в приводе прядильных центрифуг.
Введение индивидуального электропривода взамен грої моздких механических передач необычайно упростило машины и изменило их вид, улучшило качество пряжи и сократило брак благодаря более плавному ходу и жесткому соединению вала двигателя с рабочим инструментом и, наконец, указало путь существенного повышения производительности труда за счет увеличения скорости. Уже в первый период применения индивидуального электропривода частота вращения достигала 4000—6000 об/мин.
Возможности дальнейшего увеличения скоростей, которые дает электропривод при повышенных частотах, поставили вопрос о переходе на принципиально новые методы прядения, так как применяемые конструкции крутильномотального механизма не позволяют поднять частоты вращения выше примерно 12 000 об/мин.
Все преимущества, которые дает индивидуальный привод— радикальное упрощение кинематики и конструкции машин, улучшение качества пряжи и увеличение производительности, достигнуты только благодаря специфическим свойствам частотного управления, позволяющего получить синхронное управление большим числом электродвигателей с высокой степенью плавности и точности регулирования их скоростей.
Примером электропривода с глубокой автоматизацией могут служить машины для прядения искусственного волокна.
В процессе прядения каждая нить проходит следующие операции. Насос выдавливает волокна вискозной массы, которые сгущаются, скручиваются и в затвердевшем состоянии проходят через отделочный барабан, где они смазываются, к подающему валу. С подающего вала нить поступает на сматывающий барабан. Каждое из звеньев, обслуживающих этот процесс, имеет электропривод, который должен обеспечить вполне определенное соотношение между их скоростями. Скорость подающего вала должна, несколько превышать скорость насоса. Эта разность скоростей определяет толщину, плотность и химический состав нити. Скорость подающего вала и наматывающего барабана должны быть согласованы так, чтобы нить не имела заметного натяжения. Только к скорости отделочного барабана не предъявляется жестких требований, так как нить проходит его со свободным скольжением. Насос, подающий вал и наматывающий барабан каждой линии, обслуживающей одну нить, имеют индивидуальные приводы с частотным управлением.
Отделочные барабаны вращаются общим валом от привода постоянного тока. Требуемое соотношение скоростей индивидуальных приводов каждой линии обеспечивается посредством электронных регуляторов.
Равенство скоростей между одними и теми же звеньями всех линий достигается питанием их одной и той же частотой. Ввиду высоких требований к точности регулирования скорости в качестве приводных двигателей применялись синхронные реактивные двигатели специального исполнения.
Питание индивидуальных двигателей машины осуществляется от двух преобразователей частоты. Один из них питает электродвигатели насосов, другой — подающих валов и наматывающих барабанов. Каждый преобразователь состоит из синхронного генератора и приводного двигателя постоянного тока, который питается от своего генератора. Последний является одной из машин общего агрегата постоянной скорости с асинхронным приводным двигателем.
Каждый преобразователь имеет независимое регулирование частоты, для того чтобы изменением соотношения частот задать необходимую толщину нити. Но однажды заданное соотношение поддерживается с точностью до 0,1% независимо от статической нагрузки, частоты, напряжения преобразователей и температуры окружающего воздуха.
Эта задача решалась электронными устройствами автоматического управления, воздействующими на тиратрон - ные возбудители генераторов и двигателей постоянного тока или синхронных генераторов переменной частоты. Изменением тока возбуждения генераторов и двигателей постоянного тока осуществлялось двухзонное регулирование частоты вращения преобразователей и, следовательно, выходной частоты.
Регулирование возбуждения синхронных генераторов обеспечивает изменение напряжения пропорционально частоте.
Весьма актуально применение асинхронных двигателей с частотным управлением для тягового привода электровозов и тепловозов. Этот вопрос возник одновременно с самой идеей частотного управления. Уже в первых работах по частотному управлению академик М. П. Костенко указывал на тяговый привод как на одну из важнейшихобластей его применения. Тогда же отмечались преимущества, которые ожидались от привода с частотным управ - лением в области тяги. Недостатки двигателей постоянного тока, обусловленные наличием коллектора, особинно остро сказываются в тяговом электроприводе. Тяговые двигатели работают в особо тяжелых условиях влажности, колебаний температуры, загрязнения, ударов и т. д. К ним предъявляются повышенные требования по надежности, защите от пыли и влаги, а размещение двигателей в труднодоступных местах у осей и специфика работы подвижного состава крайне затрудняют уход за двигателями.
Применение асинхронных двигателей, почти не требующих ухода, при частотном управлении позволяет радикально решить проблему тягового электропривода. К этим преимуществам добавляются уменьшение массы двигателей, упрощение и облегчение аппаратуры - управления.
В коллекторном генераторе Костенко-- Ямпольского были заложены необходимые предпосылки для реализации тягового при-' вода с частотным управлением. Еще в 1923 г. ХЭМЗ проводил разработку электрооборудования для привода тепловоза с дизелем мощностью 810 кВт на основе коллекторного генератора переменной частоты и асинхронных тяговых двигателей. Разрабатывались и другие варианты тягового привода с частотным управлением.
Впервые тяговый привод был реализован в Венгрии [3]. В 1935—1938 гг. под руководством Ф. Ротковского был разработан электропривод с питанием от однофазной контактной сети частотой 50 гц.
Однофазное напряжение контактной сети преобразуется в трехфазное посредством преобразователя числа фаз ПФ, представляющего собой трехфазный синхронный двигатель, к трем выводам обмотки якоря которого включенанагрузка в виде преобразователя частоты ПЧ, а два из них включены, кроме того, на сеть (рис. В.2).
Для преобразования частоты использованы индукционные преобразователи.
В 1939 г. были поставлены для эксплуатации на государственных железных дорогах Венгрии два первых электровоза с частотным управлением. Электровозы имели следующие технические характеристики:
Общая масса, т............................ 115 144
Часовая мощность, кВт... . 2950 2950
Максимальное тяговое усилие, Н 22-Ю* 22-10*
Ступени скорости, км/ч...... 25, 50, 75 25, 50, 75
100, 125 100, 125
Масса на единицу мощности,
кг/кВт....................................... 39,4 49
Индукц
msd.com.ua
Использование асинхронного двигателя в регулируемом электроприводе, особенно при его частотном управлении, представляет особый интерес. Для реализации этого способа управления питание двигателя необходимо осуществлять от управляемого преобразователя частоты. В качестве преобразователей частоты могут использоваться синхронные генераторы, вращаемые с переменной скоростью, асинхронные преобразователи частоты и статические преобразователи, выполняемые на базе автономных инверторов напряжения и тока, а также на базе силовых транзисторов.
При частотном управлении АД возникает необходимость регулировать не только частоту, но и величину подводимого напряжения, причем напряжение должно регулироваться не только в функции частоты, но ещё и в функции нагрузки. Регулирование напряжения только в функции частоты с учетом характеристик механизма может быть реализовано в разомкнутых системах частотного управления, а в функции частоты и нагрузки – лишь в замкнутых системах.
Верхний предел регулирования частоты, следовательно, скорости двигателя, ограничивается прочностью крепления обмоток ротора и заметным увеличением потерь в стали статора. Нижний предел ограничен сложностью реализации источника питания с низкой частотой и возможностью неравномерности вращения двигателя. Как правило, напряжение регулируется лишь вниз по отношению к номинальному, а частота - вверх и вниз по отношению к основной (номинальной).
При выборе соотношения между частотой и напряжением, подводимым к статору АД, чаще всего исходят из условия сохранения перегрузочной способности двигателя для любой из его регулировочных характеристик. Основным законом частотного регулирования является закон Костенко
, где
МС и М'C -статические моменты сопротивления соответствующие скорости двигателя при частотах f1 и f’1, а U1 и U'1 – соответствующие этим частотам напряжения.
В относительных единицах этот закон имеет вид:
, где 
Из него следует, что закон изменения напряжения определяется не только частотой источника питания, но и характером изменения момента сопротивления механизма на валу двигателя при изменении угловой скорости.
Согласно формуле Бланка
или в относительных единицах
т.к. 
; 
и 
Основной закон теперь можно представить в виде:
При постоянном моменте на валу двигателя МС, следовательно и mС, не зависит от скорости, а значит и частоты. Поэтому х=0 и
или 
, 
Полученный закон – это закон пропорционального управления. Механические характеристики двигателя при этом законе изображены на рис. 5.10.1. Жесткость характеристик сохраняется сравнительно высокой. Однако при значительном снижении чистоты (ниже 0,5f1H) уменьшается критический момент, следовательно перегрузочная способность двигателя. Объясняется это падением напряжения на активном сопротивлении r1 статора, в результате чего к намагничивающей цепи двигателя подводится тем меньшее напряжение, чем меньше частота, что, в свою очередь уменьшает магнитный поток, от величины которого зависит Мкр.
Плавное регулирование до f1=0 при этом законе невозможно. Невозможно также обеспечить устойчивую работу двигателя при Мс=const в широком диапазоне регулирования частоты.
Закон пропорционального регулирования целесообразен только для крупных двигателей, у который r1 мало, а для маломощных двигателей он малоэффективен, т.к. уже при φ1<0,5 перегрузочная способность их заметно снижается (у них большое r1). Потери в двигателе больше, чем при основном законе.
При идеальном вентиляторном моменте сопротивления x=2, μ0=0 и 
или 
Механические характеристики при этом законе изображены на рис. 5.10.2.
При постоянной мощности статической нагрузки Рс=const. 
или 
. В этом случае пренебрегая величиной μ0 x=-1 и закон управления имеет вид 
или 
.
Механические характеристики при этом законе изображены на рис. 5.10.2.
Перечисленные законы легко реализуются в разомкнутых системах электропривода, т.к. напряжение здесь нужно изменить только в функции частоты. Но изменять напряжение не только в функции частоты, но еще и в функции напряжения, возможно только в замкнутых системах электропривода, содержащих обратные связи. В этом случае должны использоваться законы, обеспечивающие компенсацию падения напряжения на сопротивлениях обмоток статора и ротора двигателя, т.к. падение напряжения зависит от нагрузки. Т.е. законы, позволяющие поддерживать постоянными потокосцепления статора, ротора и взаимной индукции.
Поэтому напряжение, подводимое к статору и изменение частоты (и даже при ее постоянстве) необходимо регулировать таким образом, чтобы скомпенсировать падение напряжения на всех элементах схемы замещения АД, которые являются принципиально важными с точки зрения передачи электромагнитной мощности. Этим самым можно обеспечить постоянство потокосцеплений ψ, ψ12 и ψ2.
Читайте также:
lektsia.com
