Регулировать напряжение можно с помощью автотрансформаторов, магнитных усилителей и, что наиболее часто практикуется, тиристорных регуляторов напряжения (ТРН) которые получили широкое распространение из-за высокого КПД, простоты в обслуживании и автоматизации.
Рассмотрим принцип действия ТРН и распространенную систему ЭП тиристорный регулятор напряжения-асинхронный двигатель (ТРН-АД).
На рисунке 4 представлена схема регулирования напряжения на однофазной нагрузке переменного тока.
Силовая часть однофазного ТРН образована двумя встречно включенными тиристорами, которые обеспечивают протекание тока в нагрузке в оба полупериода напряжения.
Рисунок 4 – Схема (а) и кривые напряжения (б) однофазного ТРН
Тиристоры получают импульсы управления от системы импульсно-фазового управления (СИФУ), которая обеспечивает их сдвиг на угол управления α в функции внешнего сигнала управления Uу.
Изменяя угол управления можно регулировать напряжение на нагрузке от полного напряжения до нуля.
|
|
Следует отметить, что получаемая форма напряжения несинусоидальна. Несинусоидальное напряжение можно представить, как совокупность нескольких синусоидальных гармоник, каждая из которых изменяется с определенной частотой. Частота изменения первой из них (основной гармоники) равна частоте питающего напряжения, а частота других гармоник больше, чем первая. Первая гармоника имеет наибольшую амплитуду и по ней ведутся все основные расчеты.
Для реализации трехфазного ТРН по два встречно включенных тиристора включают в каждую фазу питающего напряжения.
Функциональные возможности ТРН – реверс, торможение, формирование всех динамических характеристик.
Частота питающего тока прямопропорциональна частоте вращения
,
но с частотой для регулирования частоты вращения необходимо изменять и напряжение питания двигателя.
Если при U=const изменять f, то поток будет изменятся обратно пропорционально частоте.
Так, при уменьшении частоты поток возрастает и это приведет к насыщению стали машины и как следствие к резкому увеличению тока и превышения температуры двигателя. При увеличении частоты поток будет уменьшатся и как следствие будет уменьшатся момент, в связи с чем, одновременно с частотой изменяется напряжение питания.
Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки Мс.
При Мс=const, U должно регулироваться пропорционально его частоте
.
Для вентиляторной характеристики рабочей машины
.
При моменте нагрузки, обратно-пропорциональном скорости
.
Частотно регулируемый электропривод нашел широкое применение для регулировании частоты вращения АД, особенно короткозамкнутых. Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ отличается также тем, что регулирование скорости АД не сопровождается увеличением скольжения, поэтому потери мощности при регулировании скорости оказываются небольшими.
|
|
Необходимым элементом ЭП является преобразователь частоты (рисунок 5) на вход которого подается стандартное напряжение сети промышленной частоты, а с выхода снимается переменное напряжение регулируемой частоты.
Рисунок 5 – Электрическая схема (а) и семейство механических характеристик АД (б) при регулировании частоты вращения частотой питающего тока
В области частот ниже 50 Гц АД имеет постоянную перегрузочную способность, т.е. Мк=const (в области самых малых скоростей несколько снижается).
В области частот выше 50 Гц момент критический снижается.
Преобразователи частоты, которые нашли применение в частотных асинхронных ЭП, можно разделить на две большие группы: электромашинные (вращающиеся) и статические, получившие в настоящее время наибольшее применение. Более подробно данный способ регулирования отражен в курсе лекций по автоматизированному электроприводу.