Изменением частоты напряжения подводимого к обмотке статора.

Для его применения необходимо иметь специальные источники электрической энергии с регулируемой частотой и напряжением, т.е. преобразователей частоты, применяемых для регулирования частоты вращения как вверх от номинала, так и вниз. Однако при уменьшении частоты вращения магнитного поля индуктивное сопротивление и уменьшаются, так как при этом возрастает величина тока в обмотке статора и, следовательно, увеличивается нагрев, что недопустимо, при этом увеличивается величина магнитного потока машины.

При уменьшении частоты увеличивается магнитный поток машины, приводящий к насыщению магнитной цепи, при увеличении частоты индуктивное сопротивление возрастает, величина тока уменьшается, но при этом уменьшается магнитный поток машины, что снижает перегрузочную способность двигателя, механические характеристики представлены на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3

Для того чтобы при регулировании частоты в обмотке статора температура рабочих частей оставалась постоянной, а также оставалась постоянной перегрузочная способность двигателя то есть максимальный момент и поток машины, одновременно при регулировании частоты необходимо изменять действующее напряжение обмотки статора то есть I₁ = const, ф = const, M_m = const, U₁/f₁ = const.

Данный способ регулирования позволяет регулировать частоту вращения в широком диапазоне при высоких показателях качества регулирования. Однако для реализации данного способа требуется применение дорогих, сложных и требующих квалифицированного обслуживания преобразователей частоты.

В настоящее время благодаря развитию силовой преобразовательной техники созданы и серийно выпускаются различные виды полупроводниковых преобразователей частоты, что определило опережающее развитие и широкое применение частотно регулируемого асинхронного электропривода. Основными достоинствами системы регулируемого электропривода являются:

- плавность регулирования и высокая жесткость механических характеристик,

что позволяет регулировать в широком диапазоне;

- высокая точность, необходимая для реализации технологических процессов;

- экономичность регулирования, определяемая тем, что двигатель работает

малыми величинами абсолютного скольжения, и потери в двигателе не

превышают номинальных;

- высока надежность и безопасность функционирования.

Учитывая эти достоинства, регулирование скорости вращения двигателя будем производить путем изменения частоты питающего напряжения.

Существуют следующие законы регулирования [5]. В зависимости от видов нагрузки закон управления напряжением и частотой имеет различные формы. Например, при постоянном моменте нагрузки (М_с=const) соотношение

приобретает вид U/f=const; при постоянной мощности (М_с=kω ^-1) – U²/f=const;

при «вентиляторной» нагрузке (М_с=Kω _w²) - U/f²=const.

В основу управления преобразователем частоты положен закон при «вентиляторной» нагрузке.

Анализ вариантов построения систем преобразователь частоты - асинхронный двигатель

Существующие вентильные (полупроводниковые) преобразователи частоты можно разделить на две группы [4]:

- преобразователи частоты с непосредственной связью;

- преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Электропривод по системе преобразователь частоты с непосредственной связью - асинхронный двигатель

Преобразователь частоты с непосредственной связью включается в статорную цепь асинхронного двигателя и служит для преобразования напряжения стандартной частоты в регулируемое в определен­ных пределах напряжение по величине и частоте. Преобразователи частоты с непосредственной связью обычно представляют собой три согласованно работающих реверсивных тиристорных преобразователя постоянного тока. Блок схема непосредственного преобразователя частоты представлена на рисунке 3.5

Каждая фаза асинхронного двигателя питается от своего реверсивного

преобразователя. Напряжение, прикладываемое к обмотке статора U_ф, В, будет равно:

Рисунок 3.5

(3.2)

Если угол регулирования, α устанавливать в соответствии с текущим значением частоты, например,

(3.3)

и поддерживать неизменным в течение одного полупериода входной частоты преобразователя, а в течение второй полуволны переключать группы вентилей преобразователя с углом управления , то получим переменное напряжение прямоугольной формы заданной частоты. На рисунке 2.7 приведены эпюры напряжений преобразователя частоты с непосредственной связью при прямоугольной форме напряжения.

Рисунок 3.6

Сдвинув моменты включения преобразователей, питающих фазы В и С двигателя соответственно на 2/3π и 4/3π, получим трехфазную систему напряжений прямоугольной формы заданной частоты и соответствующей ей амплитуды напряжения.

Преобразователи частоты с непосредственной связью по схеме (рисунок 2.6) дают возможность при частоте питания 50Гц получать выходную частоту в пределах 0-20Гц. Поэтому асинхронные электроприводы данного типа чаще всего применяются для тихоходных безредукторных электроприводов средней и боль­шой мощности.