Управление двигателем переменного тока

Применения электропривода переменного тока Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором уже около 100 лет используется и будет использоваться как практически единственная реализация массового нерегулируемого электропривода, составляющего до настоящего времени более 90% всех управление двигателем переменного тока электроприводов. В последние 10-20 лет многими фирмами в Америке и Европе предпринимают попытки разработки и выпуска на широкий рынок так называемых энергоэффективных двигателей, в которых за счет увеличения на 30% массы активных материалов на 1 - 5% повышен номинальный КПД при соответствующем увеличении стоимости. В последние годы управление двигателем переменного тока Великобритании осуществлен крупный проект создания энергоэффективных двигателей без увеличения стоимости. В последнее десятилетие благодаря успехам электроники преобразователи частоты короткозамкнутый асинхронный двигатель стал основой частотно-регулируемого электропривода, успешно вытесняющего доминировавший ранее электропривод постоянного тока во управление двигателем переменного тока сферах. Особенно интересным является применение такого электропривода в управление двигателем переменного тока нерегулируемых насосах, вентиляторах, компрессорах. Как показывает опыт, это техническое решение позволяет экономить до 50% электроэнергии, до 20% воды и более 10% тепла. Переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому во многих технологиях рассматривается как основное направление развития электропривода, поскольку при этом существенно повышается качество технологических процессов и экономится до 30% электроэнергии. Это определяет перспективы развития частотно-регулируемого электропривода. Электропривод с двигателями с фазным ротором при реостатном регулировании традиционно находит широкое применение в крановом управление двигателем переменного тока, используется в других технологиях. Каскадные схемы и машины двойного питания можно встретить в мощных электроприводах газоперекачивающих станций с небольшим диапазоном регулирования, в устройствах электродвижения судов. Синхронные двигатели до недавнего времени использовались относительно редко - главным образом в мощных установках, где не требовалось регулирование скорости. В последние годы положение существенно изменилось: за счет современных материалов постоянные магнитысредств управления ключи на относительно большие токи и напряжения и т. Электропривод с синхронными двигателями стал управляемым, существенно расширился диапазон мощностей и занял ведущие позиции в станкостроении, робототехнике, гибких производственных системах и т. Свойство синхронной машины управление двигателем переменного тока обмоткой возбуждения менять реактивную мощность и ее знак позволяет использовать ее как управляемый компенсатор реактивной мощности. Предельная простота, управление двигателем переменного тока и низкая стоимость вентильно-индукторной машины и электропривода в целом, а также его широкие функциональные возможности и высокие энергетические показатели позволяют считать этот тип электропривода наиболее перспективным регулируемым электроприводом для широких промышленных и транспортных применений. Как отмечалось, практически единственным рациональным способом регулирования скорости асинхронных двигателей с к. Большинство современных преобразователей частоты ПЧ от долей кВт до сотен кВт построены одинаково - рис. Типовая схема преобразователя частоты Идею автономного инвертора напряжения АИН проиллюстрируем на простейшей однофазной схеме с четырьмя идеальными ключами 1, 2, 3, 4 и активной нагрузкой R - рис. При попарной коммутации ключей 1,2 - 3,4 - 1,2 и т. Ток при активной нагрузке будет повторять форму напряжения. Однофазный инвертор, нагруженный активным сопротивлением аи диаграмма работы б При активно-индуктивной нагрузке размыкание ключа недопустимо без дополнительных мер, поскольку энергия, запасенная в индуктивности, управление двигателем переменного тока разрыве цепи вызовет большие пики перенапряжений и сделает устройство полностью неработоспособным. Следовательно, при размыкании ключей должны оставаться контуры, по которым продолжал бы управление двигателем переменного тока ток в прежнем направлении и запасалась бы энергия, переданная из разряжающейся индуктивности. Конфигурация схемы, управление двигателем переменного тока которой выполняются указанные условия, показана на рис. Пунктирные диоды у ключей 1-4 отражают их одностороннюю проводимость. Диоды Управление двигателем переменного тока - D4 образуют вместе с конденсатором С контуры для обмена энергией. Коммутация ключей не отличается от показанной на рис. Нетрудно видеть, что формы напряжения и тока существенно различны, и ток в силу индуктивного характера нагрузки отстает от напряжения. Однофазный инвертор с R управление двигателем переменного тока L нагрузкой а и диаграмма работы б Рассмотренные выше принципы построения и работы однофазных автономных инверторов напряжения легко распространяются на m-фазные обычно - трехфазные схемы. Трехфазным аналогом однофазной схемы рис. Мы, как и прежде, рассматриваем идеализированный случай, полагая для простоты, что соединенные в звезду сопротивления нагрузки - активные. Схема трехфазного инвертора а и диаграмма коммутации б Разделим период выходного напряжения на шесть интервалов I - VI и условимся коммутировать ключи в начале каждого управление двигателем переменного тока в порядке их номеров, указанных на рис. В результате получим диаграмму коммутации, показанную на рис. Здесь принята так называемая 180° коммутация, т. Включенное состояние ключей управление двигателем переменного тока на диаграмме жирными линиями; внизу указанно, какие из ключей замкнуты на каждом интервале. Если перейти к векторному представлению величин, то получим диаграмму на рис. Диаграммы токов а и напряжений б на интервале I Рассмотрим аналогично интервал II. Результирующий вектор, попрежнему равный 1, сместится по часовой стрелке на 60°. Диаграммы токов а и напряжений б управление двигателем переменного тока интервале II Повторяя подобные рассуждения для остальных интервалов, получим диаграммы фазных напряжений на рис. Иногда вместо 180° коммутации используют 120° коммутацию, когда каждый ключ замкнут на протяжении двух интервалов. Нагрузка может быть при любой коммутации включена как в звезду, так и в треугольник. В этих вариантах будут несколько изменяться формы напряжений их амплитуды, но принцип получения трехфазных в общем случае - m -фазных напряжений останется неизменным. При активно-индуктивной нагрузке останутся в силе рассмотренные ранее в однофазном варианте необходимые добавления - диоды, которые шунтируют ключи, и конденсатор, участвующий в процессе перекачки запасаемой в индуктивностях энергии на каждом такте работы схемы. Диаграммы фазных напряжений Изложенный принцип преобразования постоянного напряжения в переменное, основанный на использовании управляемых ключей, в различных модификациях и вариантах используется в подавляющем большинстве современных преобразователей частоты. В частности, он используется в автономных инверторах тока, когда на входе инвертора включен реактор, индуктивность которого достаточна для поддержания тока нагрузки практически неизменным в течение полупериода управление двигателем переменного тока частоты. Таким образом, в АИТ задается мгновенное значение тока, он питается от источника тока. Напряжение - зависимая переменная. Обычно нагрузка шунтируется конденсатором в целях создания условий коммутации ключей - тиристоров - и обеспечения нормальной работы при активно-индуктивной нагрузке. Из изложенного следует, что управляемые ключи позволяют преобразовывать постоянное напряжение в m - фазное переменное напряжение нужной частоты, однако остался открытым вопрос об управлении амплитудой переменного напряжения. Принципиально есть несколько возможностей. Первая - и очевидная - использовать для связи с сетью управляемый выпрямитель взамен неуправляемого. Эта возможность используется обычно в АИТ и в последнее время в некоторых АИН для обеспечения рекуперации энергии в сеть и снижения вредного влияния инвертора на сеть. Вторая возможность - варьирование длительности импульса внутри каждого полупериода. Третья, повсеместно используемая в современных преобразователях частоты на основе АИН, - широтно-импульсная управление двигателем переменного тока ШИМ. Идею построения автономного инвертора напряжения с ШИМ проиллюстрируем на простейшей идеализированной однофазной схеме с чисто активной нагрузкой - рис. Для изменения амплитуды и формы напряжения на нагрузке раздробим каждый период Т на n равных частей интервалов с продолжительностью каждого и будет коммутировать ключи 1,2 на каждом интервале положительного полупериода, а ключи 3,4 - на каждом интервале отрицательного полупериода как показано на рис. Тогда на каждом интервале i к нагрузке будет прикладываться не полное напряжение Uа лишь его часть U iср :. ШИМ на интервале а и на половине периода выходной частоты б Меняя на каждом интервале относительную ширину импульсаможно легко управлять средним за интервал напряжением U iср, т. С увеличением n будет уменьшаться t и ступенчатая кривая будет приближаться к заданной плавной. Используя широтно-импульсную модуляцию, можно формировать любые нужные формы кривой тока, учитывая изменяющиеся в процессе работы параметры нагрузки. В современных хорошо сделанных преобразователях частоты ШИМ позволяет при любой требуемой выходной частоте преобразователя изменять нужным образом амплитуду напряжения, управляя магнитным потоком двигателя, и формировать при любой нагрузке на валу близкую к синусоидальной форму тока двигателя. Полно реализовать широкие возможности ШИМ удалось лишь в последние 5 - 10 лет с появлением на рынке совершенных ключей, в частности, транзисторных модулей IGBT с напряжением до 1200 В, током до 600 А и частотой коммутации до 30 кГц, а также средств управления ими. Экспериментальная осциллограмма напряжения и тока в ПЧ с ШИМ Наряду с рассмотренными выше преобразователями частоты с явно выраженным звеном постоянного тока иногда используются преобразователи частоты, в которых нет промежуточного звена постоянного тока, а питающая трехфазная сеть непосредственно связана с нагрузкой - статорными обмотками АД через группы управляемых выпрямителей - рис. Такие ПЧ называют преобразователями частоты с непосредственной связью или циклоконверторами. Каждая фаза двигателя на рис. Схемы а и б и диаграмма напряжений в преобразователя частоты с управление двигателем переменного тока связью Из рис. Амплитуда выходного напряжения может изменяться за счет изменения угла, как показано на рис. К преимуществам циклоконвертора следует отнести схемную простоту, реализуемость на простых, дешевых ключах, возможность двусторонней передачи мощности, малые потери в силовом канале. Однако, его недостатки - низкая верхняя управление двигателем переменного тока, сильное искажение как питающего, так и выходного напряжения ограничивают пока его применение лишь отдельными специальными приводами. Как следует из изложенного выше, преобразователи частоты являются одновременно и регуляторами напряжения, однако эта их функция имеет вспомогательный характер. Вместе с тем, имеется специальная группа электрических преобразователей - регуляторы напряжения, единственной функцией которых является управление средней за полпериода величиной переменного напряжения. Типичная схема трехфазного тиристорного регулятора преобразователя напряжения ТПН, включаемого между сетью переменного тока и нагрузкой АДпредставлена на рис. Три пары встречно-параллельно включенных тиристоров управляются блоком управления БУ, представляющим собой любое устройство типа СИФУ управление двигателем переменного тока импульсно-фазового управления. Закрывание тиристоров происходит естественно - управление двигателем переменного тока изменении полярности напряжения. Тиристорный регулятор напряжения Регуляторы напряжения, отличающиеся предельной простотой, доступностью элементной базы тиристорымалыми габаритами, высокой надежностью и низкой стоимостью, давно используются в мировой практике в качестве регуляторов скорости маломощных, обычно однофазных двигателей доли кВт и в качестве устройств плавного пуска трехфазных двигателей значительной десятки - сотни кВт мощности. Как подчеркивалось ранее, эти устройства не должны применяться для регулирования скорости сколько-нибудь мощных АД, приводящих во вращение насосы, вентиляторы и другие машины, работающие в продолжительном режиме. Знаете ли Вы, что "тёмная материя" - такая же фикция, как черная кошка в темной комнате. Это не физическая реальность, но фокус, подмена. Реально идет речь о том, что релятивистские формулы не соответствуют астрономическим наблюдениям, давая на порядок и более меньшую массу и меньшую энергию. Отсюда сделан фокуснический вывод, что есть "темная материя" и "темная энергия", но не вывод, что релятивистские формулы не соответствуют реалиям. НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира 18.