РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Частота вращения синхронного двигателя п₂ равна час­тоте вращающегося магнитного поля n_l=60f₁/p. Следова­тельно, ее можно регулировать путем изменения частоты питающего напряжения или числа полюсов 2р. Регулировать частоту вращения путем изменения числа полюсов в синхрон­ном двигателе нецелесообразно, так как в отличие от асинхронного здесь требуется изменять число полюсов, как на статоре, так и на роторе, что приводит к значительному усложнению конструкции ротора. Поэтому практически ис­пользуют лишь изменение частоты питающего напряжения.

Принципы регулирования. К синхронному двигателю при­менимы все основные положения теории частотного регули­рования асинхронного двигателя, в том числе необходимость одновременного изменения как частоты, так и питающего напряжения. Однако в чистом виде частотное регулирование частоты вращения синхронных двигателей применяется толь­ко при очень малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, а инерция приводного механизма мала. При больших мощностях такие условия имеются только в не­которых типах электроприводов, например в электропри­водах вентиляторов.

Для синхронных двигателей, применяемых в электропри­водах с большим моментом инерции приводного механизма, необходимо очень плавно изменять частоту питающего напряжения, чтобы двигатель не выпал из синхронизма. Особенно сложным является пуск в ход двигателя, когда начальная частота должна составлять доли герца, а затем постепенно повышаться до максимального значения. Для таких электроприводов наиболее пригоден метод частотного регулирования с самосинхронизацией, при котором двигатель в принципе не может выпасть из синхронизма.

Вентильный двигатель. Принцип частотного регулирова­ния с самосинхронизацией заключается в том, что управление преобразователем частоты осуществляется от системы дат­чиков положения ротора, вследствие чего напряжение по­дается на каждую фазу двигателя при углах нагрузки θ<90°. При таком регулировании автоматически обеспечива­ются условия устойчивой работы двигателя и его перегрузоч­ная способность определяется только перегрузочной способ­ностью преобразователя частоты.

Синхронные двигатели, регулируемые путем изменения частоты с самосинхронизацией, называют вентильными дви­гателями; иногда их называют бесколлекторными двигате­лями постоянного тока. Однако первое название является более правильным, так как эти двигатели могут получить питание от сети как постоянного, так и переменного тока.

При питании вентильного двигателя от сети постоянного тока в преобразователе частоты должны применяться тран­зисторы или тиристоры с узлами принудительной коммута­ции. При питании вентильного двигателя от транзисторного преобразователя частоты, основанного на использовании автономного инвертора напряжения (рис. 10-9, а), преобразо­ватель подключен к источнику постоянного тока и форми­рует трехфазное напряжение изменяющейся частоты, которое подается на фазы А, В и С обмотки якоря двигателя. К каждой фазе можно подвести положительное (транзисторами Т1, Т2 и ТЗ) и отрицательное (транзисторами Т4, Τ5 и Т6) напряжения.

Если сначала пропускать ток через фазы А и В (открыты транзисторы Т1 и ТУ), затем — через В и С (открыты транзисторы Т2 и Т6), потом — через фазы С и А (открыты транзисторы ТЗ и Т4) и другие в указанной последователь­ности, то в машине создается вращающееся магнитное поле. При изменении частоты переключения транзисторов изменяется частота переменного напряжения, подаваемого на фазы обмотки якоря, а следовательно, и частота вращения ротора. Для замыкания реактивной составляющей тока якоря в преобразователе имеются диоды D1 — D6, включенные параллельно транзисторам, но в обратном направлении.

В тиристорном преобразователе (рис.10-9,б) переключение тока с одной фазы на другую требует применения в нем специальных коммутирующих узлов, так как тиристор является не полностью управляемым прибором. Для закрытия тиристора, включенного в цепь постоянного тока, необходимо кратковременно подать на него обратное напряжение определенного значения. В рассматриваемом преобразователе применены два узла

принудительной (искусственной) коммутации — по одному для всех тиристоров, присоединяемых соответственно к по­ложительному и отрицательному полюсам источника по­стоянного тока. Каждый узел состоит из контура L — С и вспомогательных тиристоров Т11, Т12 и Т21 — Т26.

Закрытие тиристоров Т1, Т2 и ТЗ, присоединенных к положительному полюсу, производится контуром L1 — С1. При открытии вспомогательного тиристора Т11 конденсатор С1 заряжается через индуктивность L1 до двойного напря­жения сети и запирает тиристор T11. З атем открываются вспомогательные тиристоры Т12, Т22 или Т23 и подают на тиристоры Т1, Т2 или ТЗ обратное (положительное) напряжение. При этом соответствующий тиристор запира­ется, а конденсатор С1 разряжается через нагрузку. Ана­логично запираются тиристоры Т4, Т5 и Т6. Сначала открывается вспомогательный тиристор Т12 и через индук­тивность L2 заряжает конденсатор С2. Затем открываются вспомогательные тиристоры Т24, Т25 или Т26 и присо­единяются аноды тиристоров Т4, Т5 или Т6 к отрицательной обкладке конденсатора С2.

Напряжение, подаваемое к якорю вентильного двигателя от преобразователя частоты, является, так же как и при частотном регулировании асинхронного двигателя, несину­соидальным. Поэтому, чтобы уменьшить вредные воздействия высших гармонических напряжения, тока и потока, двигатель необходимо снабдить мощной демпферной обмоткой с ма­лыми активными и индуктивными сопротивлениями. В этом случае высшие гармонические оказывают на синхрон­ный двигатель сравнительно небольшое воздействие. При наличии такой обмотки режимы работы вентильного дви­гателя можно рассматривать с учетом только первых гармонических тока и напряжения.

Режим работы вентильного двигателя зависит не только от силы тока возбуждения и соотношения между напряже­нием и частотой. Большое значение имеют также моменты подачи напряжения на фазы двигателя и параметры преобра­зователя частоты.

При необходимости питания вен­тильного двигателя от сети трехфаз­ного тока можно применять преобра­зователи частоты с непосредствен­ной связью, т. е. без промежуточного выпрямителя. Преимущество таких преобразователей — отсутствие узлов принудительной коммутации, так как тиристоры перестают проводить ток после изменения направления напря­жения в соответствующей фазе А_с, В_с, С_с источника трехфазного тока. Однако достаточно хорошее прибли­жение формы выходного напряжения к синусоиде и четкое прекращение тока (в необходимый момент) можно получить только в том случае, если источник трехфазного тока имеет частоту в 2...3 раза большую, чем выходная частота преобразователя.

Вентильные двигатели, как и асинхронные двигатели с часто­тным регулированием, являются ве­сьма перспективными.

В настоящее время происходит быстрое совершенствование мощных ти­ристоров, интегральных схем и других полупроводниковых приборов, которое позволит обеспечить надежную работу преобразователя частоты.

Поиск по сайту: