Регулирование скорости изменением частоты.

Для реализации этого способа требуется преобразователь частоты (ПЧ) — электромеханический или статический, како­выми могут быть синхронный генератор, вращающийся с пере­менной скоростью, или статический полупроводниковый пре­образователь частоты. ПЧ может питать как один асинхрон­ный двигатель, так и их группу, например, в электроприводе рольганга.

Статические ПЧ обладают рядом достоинств в сравнении с электромеханическими, однако они имеют несинусоидаль­ное выходное напряжение. Высшие временные гармоники на­пряжения и тока вызывают дополнительные потери мощности и несколько снижают энергетические показатели регулиру­емого асинхронного двигателя.

Для сохранения неизменным магнитного потока в машине при регулировании частоты необходимо одновременно про­порционально изменять напряжение U₁/f₁= const. Это постоян­ство обеспечивает неизменную жесткость механических ха­рактеристик (т. е. их линейные, рабочие участки параллельны друг другу). Механические характеристики асинхронных двига­телей при частотном регулировании представлены на рис. 3.24.

Рис. 3.24. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании

Как видно из рис. 3.24, механические характеристики со­храняют жесткость во всем диапазоне регулирования, что обеспечивает устойчивость работы на любой характеристике при любой частоте вращения. Критический момент машины не изменяется. Современные ПЧ позволяют получить сколь угод­но близкую друг к другу частоту. Это означает, что каждое новое значение скорости может быть сколь угодно близко к предыдущему, т. е. речь идет о высокой плавности регулиро­вания скорости.

В системе регулирования имеются минимальные потери энергии. Частотно-регулируемым двигателям не требуются глу­бокие пазы короткозамкнутого ротора для увеличения пуско­вого момента, так как ПЧ реализует так называемый мягкий пуск с постепенным увеличением частоты. Алгоритм управле­ния преобразователем должен обеспечивать такое соотноше­ние частоты и напряжения при пуске, при котором двигатель развивает максимально возможный пусковой момент и имеет допустимый пусковой ток. Эти и другие достоинства делают частотное регулирование все более широко применяемым в современных электроприводах.

В современных ПЧ используют принцип широтно-импульсной модуляции. При этом из практически прямоугольных им­пульсов с частотой порядка десятка килогерц формируется низкочастотная кривая рабочего напряжения статора двигателя. Крутые фронты импульсов вызывают волновые переходные процессы и перенапряжения в системе преобразователь-дви­гатель, для защиты от которых используют фильтры, заземле­ния и усиление изоляции витков обмотки статора.

Как отмечалось выше, изменяя частоту, можно регулиро­вать скорость вращения асинхронного двигателя в очень ши­роком диапазоне, сохраняя при этом высокими его энергети­ческие показатели. Однако наличие преобразователя частоты существенно повышает стоимость и усложняет обслуживание электропривода.

Кроме того, при малых значениях скоростей резко падает эффективность собственных вентиляторов, и ухудшаются ус­ловия охлаждения. Поэтому частотно-регулируемые двигатели должны снабжаться автономными вентиляторами со своим собственным приводом.

Реостатное регулирование двигателя с фазным ротором.Реостатное регулирование возможно лишь для ма­шин с фазным ротором. В цепь ротора включают пуско-регулирующие сопротивления и, изменяя величину сопротивления, получают требуемые скорости вращения (рис. 3.21). Реостат в цепи ротора рассчитывают на продолжительную работу, а не только на кратковременное протекание пускового тока. Регу­лирование отличается небольшим диапазоном, дискретностью и повышенными потерями энергии. Нетрудно показать, что при получении скорости, равной половине синхронной в реос­тате рассеивается половина всей потребляемой мощности. По­этому реостатное регулирование применяется для приводов небольшой (единицы кВт) мощности, например, в механизмах хода, поворота стрелы, и подъема строительных кранов.