Регулирование скорости асинхронных двигателей изменением частоты питающего напряжения

Регулирование скорости асинхронных двигателей изменением частоты питающего напряжения происходит вследствие изменения скорости холостого хода Щ определяемой выражением a>o=2jtfi/p, и обеспечивается по схеме типа рис. 4.15. Преобразователи частоты ПЧ могут быть как машинные (синхронный генератор или асинхронный преобразователь частоты, вращаемые регулируемым по системе преобразователь-двигатель двигателем постоянного тока), так и полупроводниковые (например, тиристорные). Блок управления БУ может питаться от отдельной сети. Полупроводниковые ПЧ в силу своих технико-экономических преимуществ — более высокого КПД, быстродействия, меньших габаритов предпочтительнее машинных.
Для оценки электромеханических свойств асинхронных двигателей при частотном регулировании скорости отметим, что для асинхронных двигателей справедливо равенство M=kOIz cos фг, где h cos 9i#=/2d — активная составляющая тока ротора.
Обратимся к схеме замещения асинхронного двигателя рис. 2.25,6, учтем, что в общем случае при постоянной индуктивности L индуктивное сопротивление пропорционально частоте x=2nfL. Уменьшение частоты при неизменном напряжении питания U\ приведет к росту тока намагничивания /ц. Так как магнитное состояние электрической машины при номинальном токе намагничивания определяется областью колена кривой намагничивания, то согласно рис. 2.6 увеличение тока намагничивания (возбуждения) выше номинального вызовет незначительное приращение (магнитного) потока. С одной стороны, это малоэффективно влияет на рост момента двигателя, а с другой — недопустимо вследствие превышения температуры двигателя, так как двигатель при уменьшении частоты, начиная с некоторого ее значения, может даже на холостом ходу потреблять реактивный ток, превосходящий номинальный.
Увеличение частоты с учетом того, что приведет к снижению тока намагничивания /ц, а следовательно, и потока, причем при снижении тока намагничивания ниже его номинального значения поток будет уменьшаться почти пропорционально току. Для преодоления одного и того же момента сопротивления на валу двигателя при сниженном потоке он будет потреблять больший активный ток. Кроме того, при неизменном напряжении сети с ростом частоты будут расти потери на перемагничивание стали, вызывая недопустимый нагрев двигателя.
Следовательно, при частотном регулировании скорости асинхронных двигателей одновременно с изменением частоты нужно изменять и напряжение питания двигателя.
Для вывода закона частотного регулирования асинхронного двигателя примем, что Ri=0 и перегрузочная способность двигателя постоянна.
Уравнение (4.3) является основным законом частотного регулирования асинхронных двигателей при принятых условиях. При Mc=const, например, он вырождается в более простой закон UJf=const.
Применительно к производственным механизмам реализация закона (4.3) требует знания характера изменения момента статического сопротивления на валу от скорости электропривода. Так как Mc=const, при регулировании частоты и напряжения питания двигателя по закону (4.3) механические характеристики будут иметь вид рис. 4.16,а, при P=const — рис. 4.16,6; рис. 4.16,6 — при вентиляторной нагрузке на валу двигателя. Следует отметить, что для получения характеристик вида рис. 4.16,а—в в области низких частот напряжение снижать следует в меньшей степени, так как здесь активное сопротивление R\ становится соизмеримым с индуктивным сопротивлением Х\ и его влияние на критический момент заметно. Например, при Mc=const и законе регулирования U/f=const при низких частотах характеристика будет иметь вид штрихпунк-тирной линии на рис. 4.16,а.
Частотное регулирование скорости электроприводов с асинхронными двигателями весьма перспективно, так как регулирование можно вести плавно вверх и вниз от основной скорости. Для разомкнутых систем диапазон D=(10:1) —5— (20:1) без увеличения потерь скольжения при высокой стабильности регулирования, так как регулировочные характеристики получаются жесткими. Разработка дешевых и надежных преобразователей частоты позволит широко внедрить асинхронный привод с частотным регулированием на печных рольгангах, конвейерах, разливочных машинах и т. д.