Меню

Чем регулировать частоту напряжения



Регулирование частоты вращения электродвигателей

Порядка 70 % потребляемой промышленностью мощности, приходится на электропривод. Огромное разнообразие технологических процессов диктует свои правила, вследствие чего, появилась необходимость в изменении скорости вращения электродвигателя непосредственно во время технологического процесса. В данной статье мы раскроем различные способы регулирования скорости вращения электродвигателей.

Параметры, изменив которые, мы изменим скорость двигателя переменного тока (ДПТ):

  • частота напряжения;
  • число пар полюсов;
  • величина напряжения;
  • добавочное сопротивление в цепи ротора;
  • вентильный каскад.

Изменяемые параметры для ДПТ:

  • напряжение питания;
  • сопротивление цепи обмотки якоря;
  • магнитный поток.

Методы регулирования частоты вращения электродвигателя

Далее мы подробно рассмотрим эти способы и их применимость к различным типам электродвигателей.

Частотное регулирование

Наиболее эффективный, постоянно совершенствующийся способ.
Применение: двигатели переменного тока (синхронные и асинхронные с кз ротором).
Корректируя частоту питающего напряжения, мы изменим угловую скорость магнитного поля статора, следовательно, скорость двигателя в значительном диапазоне, имея достаточно жесткие механические характеристики. Для сохранения в норме коэффициента мощности и допустимости кратковременных перегрузок, меняя частоту, следует изменять и саму величину питающего напряжения.

  • обширный диапазон регулировки;
  • «жесткость» механических характеристик;
  • минимум потерь «скольжения», мощности.

Недостаток — высокая стоимость (в последние годы становится менее актуально).

Регулирование изменением числа пар полюсов

Применение: т.к. промышленность не выпускает серийно синхронные двигатели с изменяемым количеством пар полюсов, будем считать, что способ актуален только для асинхронных двигателей (далее АД) с кз ротором.
Способ реализуется изменением числа пар полюсов у обмоток. Этого можно добиться, изготовив двигатель с двумя независимыми обмотками. Но этот метод приводит к удорожанию конструкции и увеличению размеров машины. Поэтому наиболее выгодным является увеличение числа пар полюсов без использования второй независимой обмотки.
Промышленностью выпускаются двухскоротсные, трёхскоростные и четырёхскоростные электродвигатели.

  • экономичность;
  • «жёсткие» механические характеристики.
  • ограниченное количество возможных скоростей;
  • ступенчатость переключения скоростей.

Источник

Регулирование частоты и напряжения асинхронного генератора.Регулирование изменений

Vestas V66-1,75 МВт ветровых турбин парка Tauern ветра вблизи Oberzeiring

Общие проблемы регулирования асинхронного генератора

При оценке общих показателей автономного асинхронного генератора необходимо учитывать существенное изменения напряжения такие эксплуатационные факторы, как изменение частоты генерируемого
напряжения, которая варьирует с изменением нагрузки и скольжения, если частота вращения ротора поддерживается постоянной, а также колебания выходного напряжения U, появляющиеся вследствие электрической и магнитной несимметрии ротора.

Читайте также:  Схемы измерения тока при переменном напряжении

Пульсации напряжения, обусловленные электрической не симметрией, возрастают при увеличении нагрузки и могут быть сведены к минимуму при качественной заливке короткозамкнутой клетки и выбраковке роторов с дефектами обмотки.
Магнитная несимметричность, связанная с возможной овальностью пакетов ротора и статора, эксцентриситетом, магнитной анизотропией сердечников, приводит к периодическим изменениям магнитного сопротивления на пути основного магнитного ротора и, как следствие, к колебаниям выходного напряжения. Устранение овальности и веерная сборка пакета ротора практически полностью исключают эту причину колебаний напряжения.
При оценке технико-экономических показателей автономного асинхронного генератора учитывается также необходимость в конденсаторной батарее как источнике реактивной мощности для создания магнитного ноля и компенсации реактивности нагрузки.
Значение реактивной мощности, затрачиваемой на создание магнитного поля асинхронного генератора с магнитной индукцией в зазоре Вт, определяется из соотношения может регулироваться или изменением емкости конденсаторов Ск, или же величиной напряжения Uc.

В настоящее время практическое применение находят конденсаторы типа К-71 с улучшенными массогабаритными показателями, имеющими удельную массу 0,3 — 0,6 кг/кВА. Если учесть, что cos

На рис. 5.30 приведены зависимости емкости С от относительной частоты вращения n2/n ном. при поддержании неизменным стабилизированного напряжения асинхронного генератора мощностью 4,5 кВт при работе в режиме холостого хода. Как видно, подбор необходимой емкости пришлось выполнять, исходя из соотношений:

Из этих соотношении следует, что при значениях скорости вращения ротора п2 регулируется напряжение холостого хода, а значит, и рабочее напряжение Асинхронного генератора.

Рис. 5-30. Схема автоматического регулирования асинхронного генератора с управляемым
силовым транзистором (а) и с подмагничиванием ярма статора (б).

Наиболее сломаю стабилизировать напряжение асинхронного генератора при переменной частоте вращения ротора и изменении нагрузки, когда одновременно изменяется и величина, и частота выходного напряжения.

Схемы регулирования напряжения и частоты асинхронного генератора

Достаточно эффективными для регулирования напряжения и частоты могут быть названы два типа схем автоматического регулирования асинхронного генератора с к.з. ротором.

На рис. 5.30, а показана схема, при которой реактивная мощность асинхронного генератора регулируется изменением емкости конденсаторной батареи с помощью силового транзистора, работающего либо в режиме непрерывного регулирования, либо в импульсном режиме. Мощность конденсаторной батареи должна быть достаточной и для компенсации реактивной составляющей нагрузки.
На рис. 5.30, б приведена схема регулирования с подмагничиванием ярма статора регулируемого асинхронного генератора. Необходимый диапазон изменения сопротивления намагничивающего контура определяется из регулировочной характеристики, при этом для эффективной стабилизации напряжения при изменении нагрузки в пределах (0,5…1,25)Р„ необходимо использовать 25…30% плошади паза, что должно быть предусмотрено при проектировании.

Читайте также:  Где применяется преобразователь ток напряжение

Следует отметить, что это не приводит к существенному увеличению габаритов асинхронного генератора, однако сопровождаемся искажением кривой ноля в воздушном зазоре и соответствующими искажениями в кривой напряжения даже при синусоидальном распределении МДС.

Схема автоматического регулирования напряжения и частоты асинхронного генератора на варикондах (рис. 5.31),

которая работам следующим образом.Измерители частоты и напряжения ИЧ и ИН фиксируют отклонение этих параметров or номинальных значений и формируют сигналы на усилители УЭ и УБ, которые затем выпрямляются и после преобразования подаются на вариконды. Вариконды в зависимости oт величины управляющего сигнала увеличивают или уменьшают емкостный ток возбуждения, стабилизируя напряжение на выходе регулируемого асинхронного генератора. На выходе канала частоты ИЧ-УБ установлен серводвигатель СД, частота вращения,которого изменяется и воздействует на регулятор оборотов приводного двигателя ПД.На рис. 5.32 приведена схема регулирования, построенная на применении бесконтактных тиристорных ключей БТК, управляемых вычислительным элементом и подключающих отдельные секции батареиконденсаторов С1.С2…Сп в зависимости от изменения напряжения регулируемого асинхронного генератора.

Вычислительное устройство включает в себя суммирующее устройство СУ, формирующее сигнал по отклонению напряжения, импульсный элемент ИЭ, к спорый преобразует этот сигнал в импульсный и передает на вычислительный элемент ВЭ, суммирующий импульсы с учетом знака отклонения и обеспечивающий определенный закон регулирования напряжения.
Преобразованный таким образом сигнал поступает на ступенчатый преобразователь и далее — на ВТК.

Применение варикондов в системах регулирования асинхронного генератора привлекательно еще одним замечательным свойством — высоким сопротивлением постоянному току, что позволяет управлять их емкостью с ничтожно малой величиной мощности канала управления.

В работе описана такая схема (рис. 5.33) регулирования варикондов постоянным напряжением, пропорциональным — разности заданного и фактического напряжения в предположении, что нагрузка регулируемого асинхронного генератора остается неизменной, а частота его вращения меняется.Датчик частоты вращения 1 индукционного типа формирует высокочастотный сигнал (60 кГц) с частотой срывов, пропорциональной частоте вращения регулируемого асинхронного генератора. В преобразователе 2 сигнал прямоугольной формы преобразуется в импульсы со строго определенной длительностью и параметров этих импульсов (пауз) меняется в зависимости от временных среднее значение тока и, последовательно, напряжение на входе и выходе формирователя 5 сигнала
управления варикондами.

Читайте также:  Площадки с максимальными касательными напряжениями

Для регулирования напряжения весьма эффективным может быть использование трансформатора

с переменным коэффициентом трансформации. На рис. 5.34 приведена схема стабилизации, построенная на изменении напряжения на конденсаторах возбуждения.
Если конденсаторы возбуждения включать на повышающую обмотку трансформатора с переменным коэффициентом трансформации к, можно уменьшить их габариты и массу. При обычной частоте (50 Гц) масса и габаритные размеры трансформатора оказываются весьма значительными.
Кроме того, для компенсации реактивного тока самого трансформатора требуются дополнительно емкости конденсаторов.Регулировать выходное напряжение асинхронного генератора можно также включением насыщающего реактора (L) (рис. 5.35).
При уменьшении напряжения генератора, связанного с увеличением нагрузки, насыщение реактора уменьшается, а его индуктивность увеличивается. Это приводит к уменьшению индуктивного тока и, как следствие, к увеличению напряжения регулируемого реактора. Как и в предыдущей схеме, в данном случае также необходимо предусматриваю» увеличение емкости конденсаторов.В качестве асинхронного генератора могут успешно применяться асинхронные машины с фазным ротором. При этом возможны следующие варианты включения:
1. Конденсаторы возбуждения включаются на зажимы статорной обмотки, параллельно нагрузке. Реостат через контактные кольца подключается к фазному ротору. Стабилизация частоты достигается одновременным изменением емкости конденсаторов и активного сопротивления реостата.
2. Конденсаторы возбуждения включаются в цепь фазного ротора, нагрузка — в цепь статора. Стабилизация частоты осуществляется изменением емкости конденсаторов возбуждения.
3. Конденсаторы возбуждения включаются в цепь статора или ротора через трансформатор или автотрансформатор с переменным коэффициентом трансформации (рис. 5.36). Регулирование частоты обеспечивается изменением коэффициента трансформации, при этом конденсаторы возбуждения включаются во вторичную цепь повышающего трансформатора,что значительно уменьшает необходимую емкость конденсаторов.

Источник