Механические характеристики ПЧ-АД при сохранении постоянства перегрузочной способности.

Анализ свойств асинхронного двигателя при частотном управлении удобно производить, используя Т-образную схему замещения. Целесообразно также использовать три основных относительных параметра частотного управления.

а) относительную частоту статора:

- отношение частоты статора к её номинальному значению;

б) параметр абсолютного скольжения или относительною частоту тока статора:

(2.6)

где - отношение абсолютного скольжения к синхронной скорости при номинальной частоте. Параметр используется вместо величины s и связан с ним соотношением:

(2.7)

в) относительное напряжение:

(2.8)

Рисунок 2.2 - Схема замещения асинхронного двигателя при частотном управлении

 

Степень влияния падения напряжения в активном сопротивлении статора на характеристики двигателя зависит не только от его параметров, но и от вида закона частотного управления. Это наиболее сильно проявляется в том случае, когда напряжение регулируется лишь в функции и не зависит от , т.е. когда заданной частоте соответствует определенное значение напряжения не регулируемое при изменении нагрузки. Такими законами являются U/f = const; = const; U/f² = const.

При управлении по закону U/f = const, или , оказывается, что по мере снижения частоты максимальный момент двигателя резко уменьшается и, как следствие этого уменьшается жесткость механических характеристик. Это приводит к тому, что при пониженных частотах увеличиваются потери двигателя, снижается надежность его работы из-за уменьшения перегрузочной способности, а при частотах близких к нулю, работа двигателя оказывается вообще невозможной.

Следовательно, при постоянстве остается одна причина уменьшения момента по мере снижения частоты - это уменьшение потока двигателя. Причина же уменьшения потока кроется в характере изменения соотношения между постоянным активным сопротивлением статора и остальными эквивалентными сопротивлениями двигателя при регулировании частоты. Если отношение э.д.с. к напряжению при любом законе регулирования однозначно определяется частотой и абсолютным скольжением, то на величину потока и на характер его зависимости от частоты существенно влияет вид закона регулирования напряжения. В рассматриваемом случае закона регулирования поток зависит от частоты следующим образом:

(3.1)

т.е при неизменном абсолютном скольжении поток и, следовательно, момент двигателя убывает по мере снижения частоты.

Поскольку искомый закон управления не зависит от , то критическое скольжение определяется той же формулой, что и в случае . Выражение максимального момента двигателя при произвольной частоте, когда не зависит от :

(2.10)

Приравняв к единице, отношение максимальных моментов при номинальной и при любой другой частоте, т.е. , получим закон регулирования напряжения:

(3.2)

Расчеты для 50 Гц:

где

где

Отсюда

=1

 

При глубоко частотном регулировании закон не устраняет основных недостатков закон . Возрастания потока при уменьшении нагрузки можно избежать, если ввести дополнительно к регулированию напряжения в функции частоты еще регулирование его функции нагрузки пропорционально . Из этого следует, в частности, что при регулировании напряжения пропорционально при данной частоте критическое скольжение не меняется, а перегрузочная способность сохраняется неизменной при любой зависимости от и .

Механическая характеристика двигателя может быть выражена следующим равенством:

(3.3)

где q() - коэффициент, зависящий от параметров двигателя и частоты; - критическое скольжение.

(3.4)

Полностью или частично отрицательное влияние активного сопротивления статора может быть устранено путем непрерывной компенсации падения напряжения на активном сопротивлении статора, т.е. при частотном управлении по закону, регулирующим напряжение не только функции частоты, но и скольжения. Управление с компенсацией падения напряжения на сопротивлении статора от тока нагрузки с одновременным регулированием напряжения функции момента нагрузки (пропорционально ) является наиболее универсальным. Оно обеспечивает режимы двигателя, близкие к номинальному, в широком диапазоне частот при изменении нагрузки от холостого хода до номинального. Из этого следует, что можно подобрать закон регулирования , при котором поток двигателя изменялся бы от частоты и скольжения по желаемой зависимости.

При любой частоте механические характеристики будут конгруентны, перезагрузочная способность постоянна при постоянном потоке, критическое скольжение постоянно. Находим критическое скольжение:

Рассчитываем максимальный момент двигателя и строим естественную механическую характеристику и :

(3.5)

Полученные характеристики не обеспечивают постоянной перегрузочной способности отношение максимального момента к номинальному моменту падает на всех частотах и при снижении частоты она интенсивно падает. Это может привести к невозможности плавного пуска шнекового питателя, для которого необходим значительный момент при пуске. Для надежного запуска двигателя в нашем случае, при уменьшении частоты вращения необходимо сохранять постоянные значения критического момента что обеспечит сохранение перегрузочной способности двигателя во всем диапазоне регулирования (рис2.3).

 

Рисунок 2 – Механические характеристики при постоянных значениях критического момента