Розділ 2. Неперервні системи керування швидкістю ЕП змінного струму Лекція 9

Способи безперервного керування швидкістю ЕП змінного струму. Параметричне та частотне

регулювання швидкості

Актуальною і перспективною проблемою є розроблення й виробництво регульованих ЕП на базі асинхронних двигунів, які є основою для ЕП більшості механізмів.
Одним із ефективних шляхів розв’язання цієї проблеми є створення ЕП на базі АД та напівпровідникових перетворювачів у статорних і роторних ланцюгах, які використовуються для реалізації різних способів параметричного керування.
До параметричних відносять такі методи, коли при керуванні з боку статора регулюється амплітуда змінної напруги, частота якої постійна і дорівнює частоті мережі живлення, а при керуванні з боку ротора (АД із ФР) змінюється значення опору пускового резистора.
Системи параметричного керування АД характеризуються однією загальною ознакою; при їх використанні регулювання швидкості здійснюється за рахунок зміни ковзання при незмінній частоті напруги, яка живить статорні ланцюги з виділенням енергії ковзання у вигляді затрат.
До цього способу належить також кероване динамічне гальмування, яке використовується для керування швидкості механізму з активним моментом навантаження і для формування перехідних режимів.

на двигун, основані на регулюванні таких параметрів:
Змінної та постійної напруги

(в режимі динамічного гальмування);
Додаткового резистора в роторі.
Використання силових напівпровідникових перетворювачів, що забезпечують високу швидкодію, безконтактну комутацію ланцюгів двигуна та зміну в широких межах параметрів енергії, що підводиться, дозволяє значно розширити функціональні й технічні можливості АЕП із параметричним керуванням і зовсім по-новому підійти до формування пуско-гальмуючих та регулюючих режимів як у розімкнених, так і в замкнених системах.
Системи регульованого ЕП цього класу при порівняно низькій вартості, відносній простоті та високій надійності мають високі можливості й знайшли широке використання.
Зараз у нашій державі і за кордоном налагоджений серійний випуск тиристорних перетворювачів різних модифікацій для параметричного керування АД.
При використанні вентильних перетворювачів керування ЕП здійснюється шляхом зміни тривалості станів, що проводять та не проводять, силових напівпровідникових (тиристорів, симисторів, транзисторів), увімкнених у ланцюги АД (статорні, роторні), що призводить до чергування різних схем увімкнення АД і до зміни інтервалів часу роботи цих схем, тобто напівпровідникові перетворювачі є дискретними пристроями, які здійснюють імпульсний вплив на АД.

АД використовуються різноманітні напівпровідникові елементи (прилади з повною та неповною

керованістю), способи керування; частоту комутації вентильних елементів Fk бажано зрівнювати з частотою змінної напруги Fч. При цьому керовані вентилі вмикаються в ланцюги як змінного, так і постійного струму.
У першому випадкові може бути використаний окремий прилад для комутації кожної із напівхвилі змінної напруги (наприклад,тиристор) або один прилад для комутації обох напівхвиль змінної напруги (наприклад, симистор чи уніполярний вентиль, увімкнений у діагональ однофазного мостового випрямляча).
У другому випадкові комутуючий елемент умикається на виході трифазного мостового випрямляча.
Виходячи із наведених ознак, напівпровідникові перетворювачі здебільшого розділяють на наступні класи:
Перетворювачі на основі вентильних елементів із частковою керованістю (тиристорів чи симисторів), які вмикаються в ланцюги змінного струму і працюють у режимі природної комутації.
Цей тип перетворювачів реалізує так зване фазове керування (ФК) у статорних ланцюгах (ФКС) і роторних (ФКР) ланцюгах АД. Частота Fk жорстко пов’язана з FU. Так, при комутації кожної напівхвилі окремим елементом Fk = FU, при використанні одного напівпровідникового приладу для комутації загальних напівхвиль Fk = 2FU. Керування двигуном у цьому випадкові здійснюється за рахунок зміни кута керування вентилів α, який відраховується звичайно від нульового значення відповідної фазової напруги.

комутацією чи силових транзисторів).
Цей тип перетворювачів можна назвати системами імпульсного

керування в статорних (ІКС) або роторних (ІКР) ланцюгах АД.
На практиці використовуються, як правило, системи з широтно-імпульсною модуляцією, коли при незмінному періоді комутації Тк = 1/ Fk повністю керованого ключа вплив на ЕП здійснюється за рахунок ТР, часу провідного стану ключа. В даному випадку параметром регулювання є відносний час провідності ключа γ = ТР / Тк . Принципово співвідношення частот Fk і FU при використанні Ш І П може бути будь-яким, але віднесемо до цього класу системи з Fk >F U (Fk > 2FU).
На рис.2.1 наведені схеми для фазового керування статорними ланцюгами. В цьому випадку величина FU залишається незмінною в процесі роботи перетворювача і дорівнює частоті мережі живлення f0. Схеми рис.2.1 відрізняються кількістю комутуючих фаз статора при керуванні двигуном і структурою однофазного комутуючого пристрою. В ряді схем використовуються два тиристори, з’єднаних зустрічно-паралельно та ввімкнених у три фази (схема 3ТТ, рис.2.1,а), дві (схема 2ТТ, рис.2.1,в) або одну (схема 1ТТ, рис.2.1,г) фазу статорних обмоток. Відмітимо, що замість структури ТТ може використовуватись один симистор.

три фази статора (схема 3ТД).
Перетворювачі (рис. 2.1,а-г) можуть вмикатися як

між мережею живлення і статорними обмотками, так і за статорними обмотками. Для схеми з’єднання обмоток статора в “Y” без нульового дроту, при ФК у статорних ланцюгах у загальному випадку відбувається чергування режимів:
Підключення трьох фаз до мережі живлення (3Ф-М), коли по всіх фазах статора протікає струм;
Підключення двох фаз статора до мережі живлення (2Ф-М), коли струм протікає по будь-яких двох фазах статора;
Підключення всіх фаз статора від мережі живлення (0Ф-М), коли по всіх трьох фазах статора струм не протікає.
Таким чином, при роботі на регульованих характеристиках по фазах статора протікає перервний струм і до них прикладена несинусоїдальна напруга.

б) 3ТД; в) 2ТТ; г) 1ТТ; д) КТК

необхідно забезпечити кожний двигун своїм індивідуальним джерелом змінної, керованої частоти.

Звідси і походить термін “частотне керування”.
Дослідження динамічних властивостей привода з частотним керуванням, способів його керування, експлуатаційних властивостей та інших питань можливо тільки при дослідженні системи перетворювач частоти-двигун (ПЧ-Д).
Спрощено дослідження ведуться двома шляхами:
Метод декомпозиції – із системи ЕП виділяється двигун, а ПЧ та робоча машина (ОК) замінюються відповідними впливами, які вважаються незалежними. На вході двигуна це буде амплітуда і частота напруги, а на виході – кутова швидкість валу та прикладений до нього момент навантаження – статичний і динамічний;
Приблизний облік перетворювача частоти. Цей спосіб використовується в тих випадках, коли ПЧ можливо з достатньою точністю замінити послідовно з’єднаними з двигуном активним опором й індуктивністю, ввімкненими в джерело трифазної ЕРС, амплітуда і частота якої незалежно однозначно визначається керуванням.
У даному випадкові всі рівняння та характеристики ЕП визначаються рівняннями і характеристиками двигуна зі збільшеними початковими опором й індуктивністю.

– амплітуда і частота напруги, а на виході – одна

керована величина – швидкість вала або, рідше, момент двигуна.
Двигун при змінній частоті являє собою багатозв’язану систему, у якій немає прямого зв’язку між керуючими і керованими впливами. На будь-який керований вплив – швидкість або момент на валу – можна впливати будь-яким керуючим впливом, амплітудою або частотою напруги, якщо використовувати спеціальні схеми керування.