20.4. Керування параметрами електроприводів змінного струму

Параметри двигунів електроприводів змінного струму можуть регулюватися у такий спосіб: 1) зміною числа пар полюсів; 2) зміною частоти джерела напруги живлення; 3) зміною напруги на двигуні; 4) зміною значення активного опору роторного ланцюга у двигунів з фазним ротором.

В автосервісному устаткуванні застосовуються трифазні асинхронні двигуни змінного струму АД з обмоткого ротора типу «біляче колесо». Живлення обмотки статора здійснюється від трифазного джерела з регульованою частотою. Система трифазного струму створює обертове магнітне поле, яке обумовлює появу струму в короткозамкненій обмотці ротора. Кутова швидкість обертового магнітного поля ω₀називаєтьсясинхронною. Взаємодія між струмом ротора й обертовим магнітним полем статора створює обертаючий момент на валу електродвигуна.

Кутова швидкість обертового магнітного поля статора ω₀ визначається частотою напруги джерелаf, що живить двигун та числом пар полюсівр обмотки статора

ω₀= 2 ·π· f / p.(20.10)

Різниця між синхронною швидкістю та поточним значенням швидкості ротора оцінюється ковзанням

s= (ω₀– ω) / ω₀. (20.11)

Для стабільної роботи двигуна необхідно, щоб магнітний потік Ф при збільшенні або зменшенні частоти fзалишався постійним. Для цього потрібно при зміні частоти відповідним чином змінювати напругу. Для електроприводів ізМ_с = const повинне дотримуватися співвідношенняU / f = const. ЯкщоМ_с об’єкта керування змінюється при регулюванні швидкості таким чином, щоN_с =M_c · ω, то регульоване джерело змінного струму здатне забезпечити співвідношення.

Спосіб регулювання швидкості зміною числа пар полюсів простий в реалізації й економічний, оскільки двигун працює з малими ковзаннями на кожній з характеристик. Основний недолік цього способу – східчасте регулювання й невелике число швидкостей (до чотирьох). Для зміни числа пар полюсів необхідно, щоб у статорі були покладені незалежні обмотки з різним значенням р або, при одній обмотці статора, була можливість зміни схеми з’єднання. Для змінир використовують дві схеми перемикання обмоток: з одинарної зірки на подвійну або із трикутника на подвійну зірку.

Зміна частоти джерела живлячої напруги. При цьому способі швидкість обертання вала двигуна можна збільшувати або зменшувати відносно основної швидкості. Для підтримки Ф = const при зміні частоти fджерела живлення напруга на обмотці статора асинхронного двигуна також повинна змінюватися. Таким чином, закон зміни напруги визначається не тільки частотоюf, але й характером зміни моменту статичного навантаження на валу двигуна.

Спосіб регулювання кутової швидкості зміною частоти дозволяє досягати жорстких механічних характеристик. Витрати потужності при роботі на регулювальних характеристиках незначні, тому що двигун працює на лінійних ділянках механічних характеристик при невеликих значеннях сковзання. При наявності відповідного перетворювача частоти можна забезпечити будь-яку плавність регулю-вання.

Основний недолік електроприводів з регулюванням частотою – необхідність застосування перетворювачів частоти (ПЧ), які мають відносно складні схеми. В електроприводі в цей час широко застосовуються вентильні напівпровідникові ПЧ.

Поява статичних ПЧ розширила застосування асинхронних двигунів і дозволила досягти високих швидкостей, недосяжних для двигунів постійного струму. При цьому система регулювання є досить економічною. У якості статичних ПЧ найбільшого поширення набули такі два різновиди:

1) ПЧ із роздільним керованим випрямлячем і інвертором, тобто пристроєм, що перетворює постійну напругу в змінну. У такому перетворювачі після випрямлення напруги мережі змінного струму постійна напруга інвертується за допомогою інвертора в змінну напругу. Вихідна частота напруги не пов’язана із частотою мережі й може змінюватися від одиниць до декількох тисяч герц;

2) ПЧ зі сполученим перетворювачем, у якому поєднані функції випрямляча й інвертора. Вихідна частота такого перетворювача навіть у випадку застосування шестифазних схем живлення при частоті 50 Гц не перевищує 16 Гц.

Найбільшого поширення набули ПЧ із роздільними керованим випрямлячем і інвертором. Такі перетворювачі виконуються на тиристорах. Структурна схема електропривода з таким ПЧ показана на рис. 20.7.

Перетворювач складається з керованого випрямляча УВ, який перетворює енергію мережі змінного струму з напругою U_c і частотоюfв енергію постійного струму при регульованій напрузіU_ = var; інвертора Ин, який перетворює енергію постійного струму в енергію змінного струму з напругоюU_~= var і частотоюf₂= var на виході; пристрою керування й обробки інформації за командами, які надходять на його входи, регулює режим роботи електричного енергетичного перетворювача.

Рис. 20.7. Структурна схема електропривода з асинхронним