ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ «ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ — АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ»

2.4.1. Назначение, состав и виды ППЧ — АД

Частотный способ регулирования скорости асинхронных дви­гателей является самым экономичным в сравнении с другими из­вестными способами. Возможность регулирования скорости АД изменением частоты следует из выражения скорости идеального холостого хода:

(2.25)

где УІ — частота напряжения обмотки статора; рп — число пар полюсов двигателя.

Меняя частоту fx напряжения обмотки статора, можно полу­чать разные скорости идеального холостого хода. При этом, как видно из выражения (2.24), зависимость скорости со0 от fx линей­ная. Механические характеристики АД при частотном способе ре­гулирования скорости могут существенно отличаться от естествен­ной характеристики [17, 53]. При постоянной амплитуде напря­жения, подводимого к обмотке статора, с уменьшением /, пуско­вой и критический моменты двигателя увеличиваются, а жест­кость механических характеристик повышается. Однако при неиз­менном напряжении источника питания C/J с уменьшением ча­стоты fx резко увеличиваются ток намагничивания и ток статора. Магнитная система двигателя насыщается. В результате существенно увеличиваются электрические и магнитные потери. Для повыше­ния технико-экономических показателей двигателя при измене­нии частоты необходимо регулировать амплитуду напряжения Ux как функцию от частоты fx и момента нагрузки М. Зависимость Ux от частоты fx и момента нагрузки М выражает закон частотного управления:

Ux = Щ (/ь М).

В полной мере законы частотного управления вида (2.26) реали­зуются в замкнутых системах автоматического управления элект­роприводами. В разомкнутых системах управления напряжение Ux обычно регулируется в функции от частоты fx:

Ux = Ux(fx).

Таким образом, для осуществления частотного способа регулиро­вания скорости АД необходимо иметь преобразователь частоты (ПЧ)

с возможностью раздельного изменения амплитуды и частоты вы­ходного напряжения.

Преобразователи частоты, предназначенные для частотно-ре­гулируемых асинхронных электроприводов, подразделяются по типу связи с питающей сетью на непосредственные преобразова­тели частоты и двухзвенные преобразователи частоты (ДПЧ) с промежуточным звеном постоянного или переменного тока.

В современных частотно-регулируемых асинхронных электро­приводах широко применяются ДПЧ с промежуточным звеном постоянного тока. Основными элементами таких преобразовате­лей являются выпрямитель, фильтр промежуточного звена посто­янного тока и автономный инвертор.

По типу инвертора, который представляет собой коммутатор на полупроводниковых силовых ключах, ДПЧ подразделяются на два класса: с автономным инвертором напряжения (АИН) и с автономным инвертором тока (АИТ).

При определенных алгоритмах переключения силовых ключей и свойствах источника питания инвертора ДПЧ с АИН обеспечива­ют заданную форму выходного напряжения, а ДПЧ с АИТ — задан­ную форму выходного тока независимо от параметров нагрузки с возможностью раздельного регулирования амплитуды и частоты основной гармоники выходного напряжения или тока инвертора.

Широкое применение в регулируемых асинхронных электро­приводах находит такой вид ДПЧ, как преобразователи частоты с автономными инверторами напряжения. Большинство выпуска­емых преобразователей частоты с АИН, предназначенных для ре­гулирования скорости вращения трехфазных АД, имеют схему силовых цепей, приведенную на рис. 2.7.

Преобразователь частоты содержит неуправляемый выпрями­тель, фильтр в звене постоянного тока и АИН, выполненный на полностью управляемых полупроводниковых ключах. Автономный инвертор работает в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) выходного напряжения. В случае необходимости в схему силовых цепей кроме главного выключателя, линейных предо­хранителей, главного контактора включаются фильтр электромаг­нитной совместимости, входной коммутирующий реактор, си­нусоидальный фильтр и выходной реактор.

Преобразователь частоты с АИН (см. рис. 2.7) не позволяет обеспечивать двухсторонний обмен энергией между сетью и дви­гателем, так как в нем используется неуправляемый выпрямитель. При генераторном торможении отдаваемая двигателем энергия рассеивается в элементах инвертора и резисторе тормозного уст­ройства, который подключается к шинам постоянного тока через управляемый полупроводниковый ключ.

В тех случаях, когда для осуществления режимов электропривода выгоден обмен энергией между сетью и двигателем, двухзвенные

Рис. 2.7. Схема силовых цепей частотно­регулируемого асинхронного электро­привода:

— главный выключатель; FU — линейные предохранители; КМ — главный контактор; ZF1 — входной фильтр; LR1 — входной реак­тор; UD — выпрямитель; СВ —фильтр звена по­стоянного тока; UW — устройство торможения; UZ— автономный инвертор напряжения; LR2 — выходной реактор; ZF2— выходной фильтр; М— асинхронный двигатель

преобразователи частоты с АИН содер­жат вместо неуправляемого выпрями­теля активный выпрямитель напряже­ния. Выпрямитель и инвертор в таких преобразователях выполняются по идентичным схемам, которые работа­ют в режиме ШИМ [22, 63].

С помощью активного выпрямите­ля напряжения обеспечивается не толь­ко рекуперативное торможение асин­хронного двигателя, но и работа пре­образователя частоты с заданным зна­чением коэффициента мощности, на­пример равным единице.

Активные выпрямители применяют­ся также в ДПЧ с автономными ин­верторами тока. При этом получаются результаты, аналогичные тем, что при применении ДПЧ с АИН.

В ближайшей перспективе в регулируемом асинхронном элек­троприводе могут найти применение ПЧ с непосредственной свя­зью на полностью управляемых полупроводниковых приборах. При специальных алгоритмах управления ключами ПЧ с непосредствен­ной связью обеспечивают двухсторонний обмен энергии между сетью и двигателем при однократном ее преобразовании и коэф­фициенте мощности, равном единице.

Применение двухзвенных ПЧ с активными выпрямителями и ПЧ с непосредственной связью на управляемых полупроводнико­вых приборах позволяет решать на качественно более высоком уровне задачу энергосбережения в системе автоматизированного электропривода при выполнении им основной своей функции, заключающейся в управлении движением рабочих органов техно­логических машин и агрегатов.