Электромеханические преобразователи частоты

Классический вариант электромеханического ПЧ, выполненного на двух синхронных машинах M1 и М2 и двух машинах постоянного тока МЗ и М4,показан на рис. П7.4, а. Электромашипный агрегат Ml, МЗ (агрегат постоянной скорости ω1=const) является источником напряжения постоянного тока, значение и полярность которого задаются током возбуждения I₃, и которое определяет скорость ω₂ агрегатов М2, М4,т.е. частоту f₂ и напряжение U₂ на выходе ПЧ. Ток возбуждения I2 машины М2 регулируется в небольших пределах для получения желаемых законов частотного управления.

Отметим две основные особенности работы ПЧ в системе ЭП переменного тока:

· возможность работы электродвигателя во всех четырех квадрантах электромеханических характеристик (реверсивность ПЧ);

· наличие в системе ЭП источника реактивной энергии, обеспечивающего работу электродвигателя при коэффициенте мощности не равном единице, что в общем случае характерно для электродвигателей переменного тока.

На рис. 7.4, б и в показаны диаграммы активной и реактивной мощности ЭП с электромеханическим ПЧ для двигательного режима (см. рис. 7.4, б)и генераторного режима (см. рис. 7.4, в)электродвигателя М.

В первом случае машины M1 и М4 работают в двигательном режиме, М2 и МЗ – в генераторном. Во втором – M1 и М4 работают генераторами, М2 и МЗ – двигателями. Реактивная энергия в обоих случаях циркулирует между сетью и машиной M1 и между машинами М2 и М.

Переход в генераторный режим электродвигателя М возможен при активном моменте на его валу или при выполнении генераторного частотного торможения.

При активном моменте на валу электродвигателя М угловая скорость ω₂ увеличивается, возрастает ЭДС машины М4,ток в якорной цепи меняет направление (I_г на рис. 7.4, а),и в соответствии с диаграммой, показанной на рис. 7.4, в,избыточная активная мощность P1 автоматически передается в питающую сеть.

Продолжение прил. 7

Для выполнения генераторного частотного торможения уменьшают ток возбуждения I₃ и далее регулируют его в функции угловой скорости ω двигателя М (обычно поддерживается постоянным его абсолютное скольжение в генераторной области).

Режимы работы машин ПЧ соответствуют при этом также рис. 7.4, в.

Рис. 7.4. Электромеханический ПЧ:
а – структура силовой части; б – диаграмма мощности для двигательного
режима; в – диаграмма мощности для генераторного режима

Находят применение и варианты электромеханического ПЧ. Так, для регулирования мощных высокоскоростных электродвигателей в нереверсивных ЭП применяется электромеханический ПЧ, в котором вместо агрегатов M1, М3 используется регулируемый ТП постоянного напряжения. В маломощных станочных высокоскоростных ЭП используется нерегулируемый электромеханический ПЧ, в котором машины M1 и M3 отсутствуют, двигатель М4 – асинхронный короткозамкнутый, питается непосредственно от сети, а в качестве генератора М2 применен индукционный генератор.

Основные достоинства электромеханического ПЧ:

– синусоидальное выходное напряжение;

– естественная реверсивность ЭП;

– устойчивость работы ПЧ в режимах перегрузки и аварийных режимах двигателя М;

– простота обслуживания.

Продолжение прил. 7

Вместе с тем очевидны недостатки электромеханического ПЧ:

– плохие массогабаритные показатели;

– большая инерционность контура регулирования частоты f₂ и напряжения U₂;

– высокий уровень шума;

– значительные потери, вызванные 4-кратным преобразованием энергии.