Электромеханические преобразователи частоты.

Классический вариант электромеханического ПЧ, выполненного на двух синхронных машинах M1 иМ2 и двух машинах постоянного токаМЗ иМ4, показан на рис. П7.4,а. Электромашипный агрегатMl, МЗ (агрегат постоянной скорости ω1=const) является источником напряжения постоянного тока, значение и полярность которого задаются током возбужденияI₃, и которое определяет скорость ω₂ агрегатовМ2, М4, т.е. частотуf₂и напряжениеU₂ на выходе ПЧ. Ток возбужденияI2машиныМ2 регулируется в небольших пределах для получения желаемых законов частотного управления.

Отметим две основные особенности работы ПЧ в системе ЭП переменного тока:

• возможность работы электродвигателя во всех четырех квадрантах электромеханических характеристик (реверсивность ПЧ);

• наличие в системе ЭП источника реактивной энергии, обеспечивающего работу электродвигателя при коэффициенте мощности не равном единице, что в общем случае характерно для электродвигателей переменного тока.

На рис. 7.4, б и в показаны диаграммы активной и реактивной мощности ЭП с электромеханическим ПЧ для двигательного режима (см. рис. 7.4, б) и генераторного режима (см. рис. 7.4, в) электродвигателя М.

В первом случае машины M1 иМ4 работают в двигательном режиме,М2 иМЗ – в генераторном. Во втором –M1 иМ4 работают генераторами,М2 иМЗ – двигателями. Реактивная энергия в обоих случаях циркулирует между сетью и машинойM1 и между машинамиМ2 иМ.

Переход в генераторный режим электродвигателя М возможен при активном моменте на его валу или при выполнении генераторного частотного торможения.

При активном моменте на валу электродвигателя М угловая скорость ω₂увеличивается, возрастает ЭДС машиныМ4, ток в якорной цепи меняет направление (I_гна рис. 7.4,а), и в соответствии с диаграммой, показанной на рис. 7.4,в, избыточная активная мощностьP1 автоматически передается в питающую сеть.

Продолжение прил. 7

Для выполнения генераторного частотного торможения уменьшают ток возбуждения I₃и далее регулируют его в функции угловой скорости ω двигателяМ (обычно поддерживается постоянным его абсолютное скольжение в генераторной области).

Режимы работы машин ПЧ соответствуют при этом также рис. 7.4, в.

а

б

в

Рис. 7.4. Электромеханический ПЧ:а – структура силовой части;б – диаграмма мощности для двигательного режима;в– диаграмма мощности для генераторного режима

Находят применение и варианты электромеханического ПЧ. Так, для регулирования мощных высокоскоростных электродвигателей в нереверсивных ЭП применяется электромеханический ПЧ, в котором вместо агрегатов M1, М3 используется регулируемый ТП постоянного напряжения. В маломощных станочных высокоскоростных ЭП используется нерегулируемый электромеханический ПЧ, в котором машиныM1 иM3 отсутствуют, двигательМ4 – асинхронный короткозамкнутый, питается непосредственно от сети, а в качестве генератораМ2 применен индукционный генератор.

Основные достоинства электромеханического ПЧ:

– синусоидальное выходное напряжение;

– естественная реверсивность ЭП;

– устойчивость работы ПЧ в режимах перегрузки и аварийных режимах двигателя М;

– простота обслуживания.

Продолжение прил. 7

Вместе с тем очевидны недостатки электромеханического ПЧ:

– плохие массогабаритные показатели;

– большая инерционность контура регулирования частотыf₂и напряженияU₂;

– высокий уровень шума;

– значительные потери, вызванные 4-кратным преобразованием энергии.