Билет 7

1 Частотное управление. У трехфазных асинхронных двигателей наиболее перспективным способом плавного регулирования является изменение частоты напряжения питания f (cм.(3.7)).При этом следует иметь в виду, что для наилучшего использования двигателя изменение частоты должно сопровождаться изменением амплитуды напряжения питания U. Объясняется это тем, что при неизменной амплитуде напряжения и регулировании частоты изменяется магнитный поток машины Ф_м=U/(4,44fw_1.эф). Уменьшение f вызовет увеличение Ф_м, что может привести к насыщению магнитопровода, резкому возрастанию намагничивающего тока и перегреву как стали, так и обмоток статора. Увеличение f приводит к уменьшению Ф_м, что при М_ст=const вызовет рост тока в роторе и, соответственно, перегрев ротора при недоиспользовании стали.

Закон изменения напряжения зависит от изменения частоты питания и характера нагрузки. Например, если статический момент нагрузки М_ст не зависит от скорости, то необходимо при регулировании частоты f так изменять напряжение U, чтобы

U /f = const. (3.8)

При этом в широком диапазоне сохраняется перегрузочная способность двигателя М_max / М_ном.

Частотный способ позволяет устанавливать угловую скорость выше и ниже номинальной. Увеличение угловой скорости допускается (в основном из условий механической прочности) в 1,5-2 раза больше номинальной. Нижний предел скорости ограничен тем, что технически сложно получить источники питания с низкой частотой, а также добиться достаточно равномерного вращения ротора двигателя. В разомкнутом приводе частотный способ управления позволяет изменять угловую скорость в диапазоне D = (20 - 30):1; в замкнутом приводе диапазон может быть существенно расширен с помощью обратных связей по скорости, току и напряжению.

Препятствием для широкого внедрения частотного способа является сложность и весьма высокая стоимость полупроводниковых преобразователей частоты. Схема и алгоритмы управления таким приводом получаются более сложными, чем приводом постоянного тока, так как управлять приходится сразу двумя взаимосвязанными величинами: частотой напряжения и магнитным потоком - при существенно нелинейных характеристиках.

Однако асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором благодаря отсутствию скользящего контакта являются более надежными и требуют меньше ухода в эксплуатации, чем коллекторные двигатели постоянного тока. При одинаковой мощности их стоимость в несколько раз меньше. Поэтому создание регулируемых асинхронных приводов с частотным управлением в целом ряде случаев является перспективным.

Система «Преобразователь частоты – трехфазный асинхронный двигатель»(ПЧ–АД).Силовые преобразователи частоты и амплитуды напряжения для частотного управления асинхронными двигателями выполняются в настоящее время на силовых полупроводниковых элементах. Преобразователи частоты можно разделить на две основные группы: преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока и преобразователи с непосредственной связью первичной и вторичной цепей.

Широкое распространение получили преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока (рис.3.6). В рассматриваемых преобразователях переменное напряжение питающей сети выпрямляется, фильтруется и подается на управляемый инвертор, который преобразует постоянное напряжение в переменное с регулируемой частотой. Выпрямители преобразователей в свою очередь могут быть управляемые и неуправляемые.

В преобразователе частоты (ПЧ) с управляемым выпрямителем УВ (рис. 3.6,а) напряжение U_1~, подаваемое на двигатель АД, регулируется по амплитуде за счет изменения напряжения постоянного тока U? на выходе УВ. Управляемый выпрямитель преобразователей частоты по схеме и принципу действия не отличается от УВ, применяемых в электроприводе постоянного тока (см. §2.2).Управление работой выпрямителя и управляемого инвертора УИ осуществляет блок управления БУ.

Рис.3.6

Принцип действия управляемого инвертора рассмотрим на примере инвертора, выполненного по трехфазной мостовой схеме и работающего на чисто активную нагрузку (рис. 3.7,а). В управляемом инверторе силовыми элементами должны быть полностью управляемые полупроводниковые приборы, т.е. способные открываться и закрываться под воздействием соответствующих сигналов управления. Этому требованию отвечают либо транзисторы, работающие в ключевом режиме, либо тиристоры в совокупности со схемой искусственной коммутации (см. §2.3), либо запираемые тиристоры. В общем виде эти силовые элементы обозначены на рисунке как ключи К₁-К₆. На вход УИ подано напряжение постоянного тока U, переключение в схеме происходит по команде блока управления каждую часть периода требуемой выходной частоты. При этом каждый ключ замкнут либо периода выходной частоты, либо периода. На рис. 3.7,б в качестве примера показаны временные диаграммы формирования выходного напряжения в фазах А, В, С сопротивления нагрузки R_н для первого случая.

Рис.3.7

Как видно, на каждом такте коммутации схемы одновременно проводят ток три ключа (во втором случае – два ключа). Например, на первом такте открыты ключи с номерами 1, 2, 3 и ток протекает по цепи, в которой последовательно с сопротивлением фазы С включены параллельно соединенные сопротивления фаз А и В. При этом в фазе С падает приложенного напряжения U, в фазах А и В – по U. Знак падения напряжения определяется направлением тока в фазе. За положительное падение напряжения принято такое, которое создается током, протекающим к общей точке фаз нагрузки. По мере переключения ключей напряжение в фазах ступенчато изменяется и на нагрузке формируется симметричная трехфазная система напряжений прямоугольно-ступенчатой формы. Первые гармоники этих напряжений требуемой частоты (пунктирные линии на рис. 3.6,б) имеют фазовый сдвиг 120°. Высшие гармоники могут быть отфильтрованы LC-фильтрами. Частота выходного напряжения определяется частотой коммутации ключей, порядок следования напряжений – порядком коммутации ключей.

При активной нагрузке, показанной на рис. 3.7,а, по закону изменения напряжения будут изменяться и токи. Однако обмотки статора асинхронного двигателя являются для инвертора активно-индуктивной нагрузкой и закон изменения выходного тока инвертора не будет совпадать с законом изменения напряжения. Это обстоятельство предъявляет определенные требования к схемам инверторов.

В преобразователе частоты с неуправляемым выпрямителем НВ (рис.3.6,б) выпрямленное напряжение преобразуется с помощью транзисторного широтно-импульсного модулятора (ШИМ) в импульсное напряжение на входе инвертора, частота импульсов должна быть значительно больше верхнего предела рабочей частоты на выходе инвертора.

При обычной широтно-импульсной модуляции каждый силовой ключ инвертора (рис.3.7,а) включается и отключается не один раз за такт формируемого выходного напряжения (рис.3.7,б), а несколько. Среднее значение напряжения на такте в режиме непрерывного тока (см.§2.3) примерно равно ε – относительной продолжительности импульсов ШИМ. Изменяя ε, можно регулировать значение напряжения U_1~ на выходе инвертора. Способ близок по обеспечению синусоидальной формы выходного напряжения к системе УВ – АД,но лучше него по энергетическим характеристикам во всем диапазоне регулирования частоты и напряжения.

Более перспективным является синусный способ широтно-импульсного регулирования, который заключается в том, что длительность открытого состояния силовых ключей не остается постоянной в течение полупериода выходной частоты, а изменяется по синусоидальному закону. Если при этом частота переключения силовых ключей существенно выше выходной частоты инвертора, то в выходном напряжении кроме основной гармоники присутствуют лишь гармоники весьма высокого порядка, которые отфильтровываются индуктивностями обмоток самого двигателя.

Блок управления преобразователем частоты состоит из схемы управления выпрямителем, схемы управления инвертором и схемы совместного управления. Блок управления позволяет получать требуемые характеристики асинхронного электропривода при частотном управлении. Наиболее типичными законами автоматического управления являются:

1. Частотное управление, при котором изменение частоты сопровождается нелинейным изменением напряжения статора; в схеме управления требуется применение функционального преобразователя координат;

2. Частотно-токовое управление, при котором изменение частоты сопровождается нелинейным изменением тока статора; в схеме управления требуется применение функционального преобразователя координат;

3. Векторное управление, основанное на непосредственном контроле значения и положения магнитного потока в воздушном зазоре машины или положения ротора, а также мгновенных значений токов статора; в схеме управления требуется целый ряд блоков векторного преобразования координат.

2. автоматы защиты по трехфазной сети.выбор и обоснование основных параметров

т рехфазные электродвигатели при случайном отключении одной из фаз быстро перегреваются и выходят из строя, если их вовремя не отключить от сети. Для этой цели разработаны различные системы автоматических защитных отключающих устройств, однако, они либо сложны, либо недостаточно чувствительны.

Устройства защиты можно условно разделить на релейные и диодно-транзисторные. Релейные в отличие от диодно-транзисторных более просты в изготовлении.

Рассмотрим несколько релейных схем автоматической защиты трехфазного двигателя при случайном отключении одной из фаз питания электрической сети.

Первый способ (рис.1)

Это самый распространенный способ, проверенный временем. Защита двигателя от отключения одной фазы обеспечивается применением теплового реле ТЗ. Смысл этой защиты состоит в том, что постоянная нагревания теплового реле подбирается таким образом, что и постоянная нагревания электродвигателя. То есть проще говоря, реле нагревается так же, как и двигатель. И при превышении температуры выше допустимой реле отключает двигатель. При отключении одной фазы, ток через другие фазы резко возрастает, двигатель и тепловое реле начинают быстро нагреваться, что вызывает срабатывание теплового реле.

Способ хорош и тем, что обеспечивает и защиту двигателя от перегрузки и пробоя одной фазы на корпус. Но для надежной защиты от пробоя на корпус, двигатель обязательно должен быть заземлен или занулен.

Недостаток этого способа в том, что тепловые реле достаточно дороги (примерно столько же, сколько и пускатель) и для надежной защиты его нужно достаточно точно подбирать и настраивать. В идеале его номинальный ток должен быть такой же, как и у двигателя.

Поиск по сайту: