1. Ослабление поля при частотном регулировании

При частотном управлении диапазон регулирования скорости можно расширить в область выше номинальной. При этом, как будет показано ниже, магнитный поток машины должен быть уменьшен (ослаблен). При соблюдении определенных условий можно достичь скорости четырехкратной относительно номинальной.

Рис. 4.10 Работа двигателя с ослабленным полем

При номинальной нагрузке (М = М_н) механическая мощность увеличивается в функции скорости линейно до номинальной величины (достигаемой, когда скорость равна номинальному значению). В этом рабочем диапазоне поток поддерживается постоянным и равным номинальному. Учитывая, что механическая мощность пропорциональна произведению скорости на момент, и что ее номинальное значение достигается при номинальной скорости (например для четырёхполюсной машины при ~1500 об/мин), величина вращающего момента должна быть уменьшена, если требуется скорость больше чем номинальная (1500 об/мин). На рис.4.10 можно выделить три рабочие области: постоянного момента М=const, постоянной мощности P=const, где вращающий момент является функцией обратной скорости, (и таким образом обеспечивает постоянство мощности P = M^.ω) и область мощность _* скорость = const, где номинальный момент является функцией обратно пропорциональной квадрату скорости.

Чтобы выяснять различие между двумя последними зонами рассмотрим характер изменения максимального момента для установившегося режима работы.

Согласно (4.11) максимальный вращающий момент может быть приблизительно найден с использованием следующей формулы:

(4.20)

где L_σs и L _σr - соответственно индуктивности рассеяния статора и ротора, p - число пар полюсов, а ω₁=2πf₁ . В первой зоне, функция максимального вращающего момента постоянна, так как U (фазное напряжение) увеличивается линейно со скоростью. В зоне выше номинальной скорости, напряжение поддерживается постоянным и равным его номинальному значению. При этом максимальный вращающий момент представляет собой функцию обратную квадрату скорости.

Рис. 4.11 Максимальный и номинальный моменты в функции скорости

Из Рис. 4.11 видно, что кривая номинального вращающего момента пересекает кривую максимального вращающего момента. Эта точка пересечения – граница, отделяющая зону постоянной мощности от зоны мощность*скорость = const. Отметим, что кривая номинального вращающего момента пересекает статические механические характеристики в точках устойчивой работы (номинальный вращающий момент меньше чем максимальный вращающий момент) вплоть до этой граничной точки. Как только эта точка достигнута, номинальный вращающий момент принимается равным максимальному вращающему моменту, а мощность становится функцией обратной скорости. С помощью вышеприведенных формул и параметров двигателя можно найти эту точку.

В рассматриваемом примере точка пересечения имеет место при скорости равной 1.8 номинальной (1.8*1500 = 2700об/мин). Намного больший диапазон регулирования скорости может быть достигнут для двигателей с более высоким отношением максимального момента к номинальному, что сдвигает точку пересечения вправо.

Ограничениями, препятствующими расширению диапазона регулирования скорости, являются, во-первых, фазное напряжение и, во-вторых, фазный ток.

Учитывая, что хотя фазное напряжение должно возрастать с увеличением скорости, но его значение не должно превысить номинальное значение, величина потока должна быть уменьшена до значения, которое соответствует поддержанию номинального фазного напряжения при требуемой скорости.

Рис. 4.12 Ограничения регулирования скорости ослаблением поля

Так как фазный ток увеличивается с ростом нагрузки, то максимальный вращающий момент сопротивления привода при увеличении скоростного диапазона, должен быть таким, чтобы фазные токи не превосходили номинальное значение. Максимальный момент сопротивления должен уменьшаться в функция скорости. На рисунке 4.12 и максимальное напряжение фазы и поток показаны как для нормального, так и для расширенного диапазонов скорости.