Лабораторная работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВНОГО ПУСКА СИСТЕМ

«ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ – АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ»

Цель работы: получить практические навыки настройки преобразователя частоты VLT 2800, исследовать процессы пуска асинхронного электропривода с преобразователем частоты и задатчиками интенсивности различного типа.

Общие положения

Наиболее эффективные способы регулирования скорости короткозамкнутого асинхронного двигателя связаны с изменением скорости вращения электромагнитного поля статора

. (1.1)

Из (1.1) следует два основных способа регулирования скорости вращения электромагнитного поля:

· изменением числа пар полюсов ;

· изменением частоты напряжения статора двигателя.

Способ регулирования скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов позволяет получить несколько фиксированных значений рабочих скоростей. Так, например, асинхронные двигатели серии 4А–6А выпускаются двух-, трех- и четырехскоростные. Как правило, плавное регулирование скорости для таких электрических машин не применяется, то есть многоскоростные асинхронные двигатели не используются для систем регулируемого электропривода.

Способы частотного регулирования скорости электроприводов переменного тока с короткозамкнутыми асинхронными двигателями находят все большее применение в различных отраслях техники. Преобразование переменного напряжения питающей сети в переменное напряжение с регулируемой частотой, напряжением и током осуществляют преобразователи частоты. В настоящее время преобразователи частоты выполняются на базе силовых полупроводниковых ключей. Быстрый рост преобразователей частоты стал возможен с появлением биполярных транзисторов с изолированным затвором, рассчитанных на токи до нескольких тысяч ампер, напряжения до нескольких киловольт и частоту коммутации 20 кГц и выше.

Для электроприводов небольшой мощности в последние годы в качестве ключей нашли применение силовые транзисторы типа IGBT и MOSFET. Асинхронный электропривод с автономным инвертором напряжения, выполненным на IGBT-транзисторах, приведен на рис. 1.1.

Индуктивный характер нагрузки учитывается подключением параллельно транзисторным ключам диодов , обеспечивающих непрерывность цепи протекания тока в обмотках статора при отключении ее от источника питания и возврат запасенной электромагнитной энергии в конденсатор фильтра.

Рис. 1.1. Асинхронный электропривод с автономным инвертором напряжения, выполненным на IGBT-транзисторах

В электроприводах, имеющих в цикле работы участки рекуперации энергии, запасенной во вращающихся частях электропривода, или высокую интенсивность тормозных режимов для эффективного торможения приходится предусматривать второй комплект управляемого выпрямителя или специальный узел сброса энергии, состоящий из дополнительного ключа и резистора . Ключ открывается при превышении напряжения на емкости сверхдопустимого значения, вследствие чего обеспечивается «сброс» энергии в резистор , рассеивающий эту энергию.

Применение автономных инверторов напряжения с индивидуальной коммутацией ключей позволяет регулировать выходное напряжение при неизменном постоянном напряжении на его входе. Если при этом частота переключения ключей существенно выше выходной частоты инвертора, то в спектре выходного напряжения, кроме основной гармоники, присутствуют лишь гармоники весьма высокого порядка, которые легко отфильтровываются индуктивностями двигателя и, следовательно, можно считать, что питание асинхронного двигателя практически синусоидальное.

Пуск асинхронного электропривода с преобразователем частоты при скачкообразном задающем сигнале протекает практически по тойже траектории, что и пуск асинхронного двигателя прямым включением в сеть. Динамическая механическая характеристика пуска асинхронного электропривода с преобразователем частоты при скачкообразном задающем сигнале приведена на рис. 1.2. Как следует из анализа рис. 1.2 начальный участок динамической механической характеристики протекает с многократными бросками электромагнитного момента двигателя. Такие броски момента отрицательно влияют на кинематику производственного механизма, приводя ее к преждевременному износу.

Рис. 1.2. Динамическая механическая характеристика пуска асинхронного электропривода с преобразователем частоты при скачкообразном задающем сигнале

Как правило, пуск электропривода «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» осуществляется от задатчика интенсивности. Функциональная схема скалярного электропривода «автономный инвертор напряжения – асинхронный двигатель» с задатчиком интенсивности приведена на рис. 1.3.

На рис. 1.3 приняты следующие обозначения: ЗИ – задатчик интенсивности; ПНЧ – функциональный преобразователь – напряжение – частота; В – выпрямитель; – асинхронный двигатель; ПЧ – преобразователь частоты.

Преобразователь частоты VLT2800 выполнен на основе автономного инвертора напряжения со звеном постоянного тока. Управление ключами автономного инвертора осуществляется контроллером.

Задающее напряжение определяет скорость двигателя на рабочем участке преобразований «задающее напряжение – частота»; – относительная частота, управляющий сигнал инвертора напряжения, – напряжение управления.

Рис. 1.3. Функциональная схема электропривода «автономный инвертор напряжения – асинхронный двигатель»

Форма кривой задатчика интенсивности, определяющая процесс разгона – замедления в преобразователе частоты VLT2800 может быть: линейной, синусоидальной формы или S-образной формы (начальный участок ). Возможные варианты кривой, формируемой задатчиком интенсивности, приведены на рис.1.4.

Рис. 1.4. Форма кривой напряжения задатчика интенсивности.

1 – линейная; 2 – синусоидальная; 3 – S-образная

Выбор формы кривой задатчика интенсивности определяется технологическим процессом.