Система ПЧ-АД (преобразователь частоты - асинхронный двигатель)

Как уже отмечалось ранее, в качестве преобразователя частоты могут использоваться электромашинные и статические (тиристорные или транзисторные) преобразователи. В первом случае регули­руемые АД питаются от синхронного генератора СГ, приводимого во враще­ние двигателем постоянного тока независимого возбуждения, который, в свою очередь, получает питание от генератора постоянного тока или от ТП. Иначе говоря, привод СГ осуществляется либо по системе ГД, либо по системе ТП-Д. В качестве электромашинных преобразователей частоты применяются и асинхронные преобразователи, вращаемые асин­хронным двигателем (для питания электропил в лесной промышленности).

Схема регулирования скорости СГ, а следовательно, и частоты, по системе ТП-Д проще и дешевле, чем по системе ГД, т.к. в этом случае меньше число ступеней преобразования энергии. В качестве примера на рис. изображена схема одновременного частотного регулирования ряда АД, которые полу­чают питание от СГ, скорость которого, следовательно, частота выходного напряжения, регулируется по системе ТП-Д .Такая схема применяется, в тех случаях, когда требуется одновременно синхронно изменять скорость ряда к.з. АД, в частотности, для питания двигателей рольгангов прокатного стана. В этой схеме обеспечивается закон пропорционального регулирования, т.е. .

Схема имеет два канала управления: канал управления частотой, воздействующий на скорость СГ и канал управления напряжением, воздействующий на возбуждение СГ. Первый канал имеет структуру сис­темы ТП-Д и обладает значительной инерционностью, обусловленной механической инерцией агрегата (ДПТ-СГ). Второй канал также инерционен в связи с наличием электромагнитной инерции цепи возбужде­ния СГ.

Более совершенными являются системы со статическими преобразователями частоты. В этих системах в самом преобразователе только две ступени преобразования энергии – ступень преобразования переменного тока в постоянный и ступень инвертирования. Эти две ступени в самостоятельном виде присутствуют в ПЧ со звеном постоянного тока (см.рис.), а в НПЧ функции выпрямления и инвертирования совмещены в реверсивном преобразователе постоянного тока, выпрямленное напряжение которого изменяется системой управления. Принципиальная схема привода с НПЧ изображена на рис.Как известно, тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ) может обладать либо свойствами источника напряжения (АИН), либо источника тока (АИТ). В первом случае преобразователь имеет канал управления напряжением и канал управления частотой. Во втором случае ТПЧ кроме канала управления частотой имеет канал управления током. Канал управления частотой можно считать практически безинерционным. Канал управления напряжением или током воздействует на УВ и его быстродействие определяется быстродействием выпрямителя.

При частотном управлении, при котором обеспечиваются законы Y_S=const , Y_m=const , Y_r=const в пределах абсолютных скольжений S_a<<S_kp уравнение динамической механической характеристики двигателя в операторной форме имеет вид:

, где

Дополнив эти уравнения уравнением движения электропривода при жестких механических связях, получим структурную схему системы ПЧ-АД, которая изображена на рис.

Динамические свойства системы ПЧ-АД как объекта управления хуже, чем свойства регулируемых электроприводов постоянного тока в связи с отсутствием независимого канала регулирования потока, аналогичного обмотке возбуждения ДНВ. Так, при питании от АИН потокосцепления Y₁, Y_m, и Y₂ сложно зависят от U, f, и S_a, что было видно при рассмотрении вопроса о статических характеристиках АД при частотном управлении.

КПД системы ПЧ-АД с тиристорным преобразователем, имеющим звено постоянного тока, несколько ниже, чем в системе ТП-Д из-за двойного преобразования энергии. Cosj близок к значению коэффициента мощности системы ТП-Д если в качестве звена постоянного тока используется ТП. Наиболее близкими к системе ТП-Д по массогабаритным показателям обладает система с НПЧ.