СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО-РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО-РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Е. М. БЕРЛИН, Б. А. ЕГОРОВ, В. Д. КУЛИК, И. С. С К О С Ы Р Е В

Синхронно-реактивные электродвигатели (СРД), представляю­щие собой синхронные двигатели без обмотки возбуждения, яв­ляются в настоящее время, пожалуй, наиболее распространенными синхронными бесконтактными машинами в диапазоне мощностей от долей ватта до десятков киловатт.

Благодаря простоте конструкции, надежности в работе, деше­визне, отсутствию контактов, хорошим пусковым и регулировоч­ным свойствам эти двигатели получили широкое применение в раз­личных устройствах общего и специального назначения (в особен­ности, в многодвигательных установках), в которых требуется создать жесткую связь между частотой питающего тока и скоро­стью вращения или перемещения исполнительных устройств при изменении нагрузочного момента и колебаниях напряжения в сети.

Широкое применение СРД находят также в системах электро­привода, обеспечивающих точное поддержание скорости с конт­ролем по углу рассогласования между осями их роторов.

К недостаткам СРД, серийно изготовляемых в настоящее время отечественной промышленностью, относятся низкие значе­ния энергетических показателей и коэффициента использования материалов (объема машины). Однако проведенные за последние годы исследования СРД показали, что при соответствующем кон­структивном исполнении этих двигателей их энергетические пока­затели незначительно уступают асинхронным двигателям равной мощности [JI. 1; 2]. Это обстоятельство, безусловно, будет способ­ствовать дальнейшему расширению области применения СРД.

Несмотря на то, что СРД известны давно, новые задачи тре­буют более подробного изучения их свойств при работе в систе­мах регулируемого электропривода с частотным управлением. Ниже рассматривается поведение при переменной частоте только трех­фазных СРД.

Для исследования поведения и определения характеристик СРД при частотном регулировании необходимо выделить электродвига­тель из системы электропривода, заменив действие на него со­ставных частей привода приложенным к двигателю трехфазным напряжением переменной частоты и величиной нагрузки [JT. 3].

Отношение величины напряжения питания к частоте и измене­ния момента нагрузки являются основными факторами, определяю­щими магнитный поток и рабочие характеристики СРД.

В большинстве работающих систем электроприводов с частот­ным управлением преобразователь частоты обеспечивает на выходе несинусоидальную форму кривой напряжения. При питании двига­теля от такого источника условия его работы могут значительно отличаться от условий работы при синусоидальном напряжении. Однако для исследования режимов работы СРД при питании на­пряжением переменной частоты целесообразно вначале принять, что напряжения трех фаз имеют синусоидальную форму и сдви­нуты относительно друг друга на 120° эл., т. е. симметричны (ана­лиз работы СРД при несинусоидальном напряжении питания при­веден в § 5).

Когда приложенное к двигателю трехфазное напряжение си­нусоидальное и симметричное, анализ работы двигателя сущест­венно упрощается, поскольку в этом случае напряжение источника питания может характеризоваться вектором, который определяется двумя переменными — величиной напряжения и частотой.

Учитывая, что отношение величины напряжения к частоте ха­рактеризует магнитный поток двигателя, важными вопросами тео­рии электропривода с частотным управлением можно считать опре­деление рабочих характеристик СРД при работе с переменной частотой при разных зависимостях управления величиной напря­жения в функции частоты, а также выбор этих зависимостей с точки зрения создания наилучших условий работы двигателя. Под наилучшими условиями работы двигателя понимаются режимы его работы, обеспечивающие наилучшее использование двигателя в отношении свойств его рабочих характеристик (электромагнит­ного момента, потерь, к. п. д., коэффициента мощности) и загрузки активных материалов.