СИСТЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ – АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Преобразователь первого типа состоит из трех силовых блоков: управляемого или неуправляемого выпрямителя UZ1, силового фильтра Ф (C или LC − типа) в звене постоянного тока и автономного инвертора UZ2

Главные технические отличия ПЧ с АИТ от ПЧ с АИН в наличии индуктивного L − фильтра и отсутствии емкостного фильтра на выходе выпрямителя, отсутствии обратных диодов, шунтирующих силовые ключи, и наличии конденсаторов C1, C2, С3 на выходе инвертора, являющихся источником реактивной энергии для нагрузки преобразователя частоты.

К достоинствам преобразователей по системе ПЧ−АИ относятся:
- высокий диапазон частот выходного напряжения АИН (практически от 0 до 1500 Гц), ограничиваемый лишь частотой коммутации и коммутационными потерями в силовых ключах автономного инвертора (для АИТ максимальная выходная частота тока до 100 –125 Гц);
- низкий уровень гармонических составляющих напряжения или тока статора двигателя и тока, потребляемого из сети питания;
- высокий коэффициент мощности (до 0,95 - 0,98) в преобразователях с неуправляемым выпрямителем. В случае применения управляемого выпрямителя коэффициент мощности меньше и близок коэффициенту мощности в системах тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока;
- относительно небольшое число силовых ключей преобразователя (по сравнению с ПЧНС) и более простая схема их управления, не требующая синхронизации с питающей сетью;
- для АИТ возможность рекуперации энергии в сеть и безаварийность режима короткого замыкания по выходу.

Основу преобразователей второго типа (ПЧНС) составляют управляемые реверсивные выпрямители в каждой из фаз АД.

− вектор напряжения на обмотке фазы статора АД, вращающийся с частотой ω1 =ω0нα

ω0н = 2πf1н /р

, отличающийся от реального только значением его модуля, то схема замещения
фазы АД может

Если ввести в рассмотрение фиктивный ток статора

быть преобразована к виду

При этом вектор полного потокосцепления ротора

вектор напряжения между точками г и 0 схемы замещения на рис.а

совпадают с их определениями в схеме замещения АИН

, токов намагничивания Iμ, статора I1,, ротора I2

потокосцеплений статора

ротора

,

соответствующих им магнитных потоков Фμ, Ф1, Ф2, электромагнитного момента М АД от параметров его схемы замещения при различных соотношениях питающих обмотки статора напряжения или тока и их частот f1.

При питании АД от идеализированного ПЧ, как источника напряжения, его статическая механическая характеристика при U1 = const и f1 = const , определяется в соответствии со схемой замещения

с1 ≈ 1+ х1/хμ = U1/Е10 – модуль коэффициента, характеризующего рассеяние статора АД и учитывающего падение напряжения на сопротивлениях обмотки статора от намагничивающего тока Iμ при переходе от исходной Т-образной схемы замещения к расчетной Г- образной схеме замещения АД

,

При s → ∞ минимальное значение потока намагничивания стремиться к

Фμ (s),

При больших скольжениях х'2 >> R'2 и, в итоге, ток ротора асимптотически стремиться к своему предельному значению

При изменении знака скольжения меняется фаза тока ротора (рис. б). В результате меняется направление лишь активной составляющей тока ротора при постоянстве направления реактивной составляющей. Двигатель переходит в режим рекуперативного торможения, где активная энергия передается в источник питания АД, а реактивная – потребляется от источника и идет на создание магнитных полей в АД.

Поскольку и поток Фμ и ток

питания U1, электромагнитный момент двигателя при постоянном скольжении
пропорционален U12.

пропорциональны напряжению

Частотное регулирование скорости ниже основной при U1 = const связано с насыщением магнитной системы и, как следствие, с резким увеличением тока статора даже при идеальном холостом ходе. Поэтому при скоростях ниже основной одновременно с частотой необходимо менять и напряжение питания АД.

Статические характеристики АД при U1 / f1 = const и Ψ1 = const.

частотное регулирование скорости АД при U1/f1 = const обеспечивает постоянство магнитного потока Фμ лишь при идеальном холостом ходе.

При увеличении нагрузки на валу АД из-за падения напряжения в цепи статора и уменьшения ЭДС Е1 магнитный поток Фμ уменьшается и тем заметнее, чем меньше α

Если при регулировании скорости по закону

U1 / f1 = const

полную компенсацию падения напряжения на активном сопротивлении
статорной цепи

обеспечить

то для при R1 = 0

Статические характеристики АД при Ψ2 = const

Если при частотном регулировании обеспечить компенсацию падения напряжения на полном сопротивлении статорной цепи и скомпенсировать влияние реактивностей рассеяния ротора АД

Для обеспечения Ψ2 = const напряжение питания АД должно изменяться в соответствии с соотношением

Отсюда при переходе от скольжения к угловой скорости вала АД

В подобной системе координат оси двухфазных обмоток статора и ротора обобщенной электрической машины взаимно неподвижны и совпадают с осями системы координат x , y. При этом коэффициенты взаимной индукции и потокосцепления обмоток за счет их относительной неподвижности становятся независимы от положения осей реальных обмоток, а дифференциальные уравнения, характеризующие их взаимосвязи, будут иметь постоянные коэффициенты.

Основываясь на векторной диаграмме, среднюю потребляемую мощность АД Р можно представить как скалярное произведение векторов тока и напряжения статора

приращение электромагнитной энергии, запасаемой в индуктивностях статора, будет отсутствовать.

Электромагнитный момент АД

Таким образом электромагнитный момент определяется взаимодействием ортогональных составляющих потокосцеплений и токов АД. Модуль вектора момента численно равен площади параллелограмма, построенного на векторах его образующих, и не зависит от выбора системы координат

Если электромагнитный момент рассматривать относительно самой оси вращения, то он становится скалярной величиной

Тогда, используя проекции векторов токов и потокосцеплений АД на координатные оси x, y, вращающиеся со скоростью αω0н относительно его статора получим: