Приводы с частотным управлением

Когда необходимо получить широкий диапазон регулирования частоты вращения при продолжительном режиме работы и значительной мощности двигателя, используется частотное управление. Такие приводы обеспечивают регулирование скорости вращения АД за счет одновременного изменения частоты питающей сети и приложенного к Д напряжения . Возможность регулирования скорости очевидна из выражения

. (3.5)

Необходимость регулирования приложенного к двигателю напряжения одновременно с изменением частоты обусловлена необходимостью поддержания постоянного магнитного потока двигателя. При этом академиком Костенко, исходя из условия сохранения постоянной перегрузочной способности двигателя, выведены законы изменения напряжения на двигателе в зависимости от частоты питающей сети при различных видах нагрузки. Наиболее часто встречается случай, когда (он соответствует нагрузке с постоянным моментом).

Приводы с частотным управлением весьма сложны и представляют собой нелинейную систему с перекрестными связями и используются, как правило, в замкнутых системах управления. Главным элементам такого привода (помимо двигателя) является частотный преобразователь. На практике встречаются преобразователи частоты двух типов: с непосредственной связью и со звеном постоянного тока.

В преобразователях частоты с непосредственной связью приложенное напряжение через тиристоры подается прямо на обмотки двигателя и обеспечивается непосредственное преобразование энергии, что обусловливает их высокий КПД ( ). При этом напряжение формируется из кусочков синусоид приложенного напряжения.

Для получения простейшего преобразования постоянной частоты трехфазного тока в переменную необходим преобразователь, содержащий как минимум 18 тиристоров – и отсюда сложность управления. Кроме того, эти преобразователи не позволяют получить частоту выходного напряжения более 50% от входной ( ).

Для расширения диапазона регулирования используют источники энергии с частотой Гц.

Преобразователи со звеном постоянного тока значительно проще, но имеют двукратное преобразование энергии (переменный сигнал в постоянный, а потом постоянный в переменный). Отсюда более низкий КПД.

Преобразователи со звеном постоянного тока бывают двух типов: с управляемым выпрямителем и с неуправляемым выпрямителем. Чаще всего в них используются автономные инверторы напряжения. Применение автономных инверторов тока позволяет несколько расширить диапазон регулирования частоты.

В случае преобразователя с неуправляемым выпрямителем выпрямленное постоянное напряжение не регулируется, поэтому изменение и амплитуды и частоты осуществляется в автономном инверторе. Такие преобразователи позволяют получить больший диапазон регулирования, но они относительно сложны.

Рис.3.3. Структурная схема привода с частотным управлением и звеном постоянного тока (а) и его механические характеристики (б)

На рис. 3.3 изображены:

У - усилитель;

ФП - функциональный преобразователь (учитывает характер нагрузки,

поддерживая определенное соотношение );

БУВ - блок управления выпрямителем;

УВ - управляемый выпрямитель;

РЧ - регулятор частоты;

АИН - автономный инвертор напряжения.

В таком преобразователе существует два канала управления:

- амплитудой (за счет управляемого выпрямителя);

- частотой питающей сети (за счет регулятора частоты).

Системы частотного управления обычно замкнутые (см. рис 3.3). Частотно–токовые системы принципиально могут работать только в замкнутом цикле.

Тиристорные приводы переменного тока с частотным управлением представляют собой многомерные системы с нелинейными характеристиками. При расчете таких систем осуществляют развязку каналов управления, компенсируя имеющие место перекрестные обратные связи. В результате оказывается возможным применение системы подчиненного регулирования координат. Система с развязанными каналами управления называется системой векторного управления. Расчет замкнутых систем переменного тока значительно сложнее расчета замкнутых систем постоянного тока.