Электрические двигатели и генераторы

Асинхронный преобразователь частоты 

Электрическую энергию на заводах, фабриках, при строительных работах, в шахтах, сельском хозяйстве обычно получают от сети трехфазного тока нормальной частоты 50 Гц. Для преобразования тока в другую частоту может быть использован асинхронный преобразователь частоты, представляющий собой асинхронную машину с контактными кольцами, приводимую во вращение каким-либо двигателем. Приводным двигателем обычно служит короткозамкнутый асинхронный двигатель.

Асинхронные преобразователи частоты широко применяются для повышения частоты тока, например, в тех случаях, когда для питания быстроходных асинхронных двигателей требуется ток более высокой частоты, чем 50 Гц. Другие агрегаты для преобразования частоты тока (например, синхронный генератор с приводным двигателем) в тех же случаях оказываются более дорогими, особенно при небольших мощностях.

На рис. 3-103 представлена принципиальная схема включения асинхронного преобразователя частоты. Обмотка статора преобразователя (П) приключается к первичной сети нормальной частоты f1, а его обмотка ротора через посредство контактных колец и щеток – ко вторичной сети частоты f2. Приводной двигатель (Д) также приключается к первичной сети.

Рис. 3-103. Схема включения асинхронного преобразователя частоты.

Для повышения частоты (f2 > fi) ротор преобразователя приводится во вращение против поля. Тогда э.д.с. E2s = sпE2, наведенная в его обмотке, будет иметь частоту f2 = sпf1 > fi, так как при вращении против поля скольжение преобразователя sп > l.

Полная электрическая мощность Рэ2 цепи ротора при s > l складывается из мощности Рэм, перенесенной вращающимся полем со статора на ротор, и мощности , полученной в результате преобразования механической мощности, подведенной к преобразователю со стороны двигателя.

В соответствии с известными соотношениями [см. (3-69) и (3-70а)] можем написать:

 и .          (3-241)

Если двигатель имеет рд пар полюсов, а преобразователь рп пар полюсов, то скольжение преобразователя

,          (3-242)

где n1 – частота вращения поля преобразователя;

n2 – частота вращения его ротора (скольжением двигателя пренебрегаем).

Допустим, что в машинах нет потерь. Тогда будем иметь (рис. 3-103) Рэ2 = Р (мощности вторичной сети); Рэм = Рп (мощности преобразователя) и  = Рд (мощности двигателя). Соотношения между указанными мощностями получим, подставив (3-242) в (3-241):

 и .          (3-243)

Если преобразователь служит, например, для преобразования тока частоты f1 =50 Гц в ток частоты f2 = 150 Гц, то его скольжение sп = f2/f1 = 3, что согласно (3-242) можно получить при рд = 1 и рп = 2; тогда по (3-243) Рп = 0,33Р и Рд = 0,67Р.

Действительные мощности, потребляемые преобразователем и двигателем из первичной сети, будут из-за потерь больше примерно на 25 – 35% для преобразователей небольшой мощности (5 – 30 кВА при cosφ2 = 0,8  0,75). Следует также учитывать, что через вал к преобразователю подводится только активная мощность, тогда как реактивная мощность для вторичной сети и для самого преобразователя подводится через его статор.

К недостаткам асинхронного преобразователя частоты следует отнести довольно большое падение напряжения U2 на его вторичных зажимах при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке (до 10 – 30% при cosφ2 = 10,7). Регулирование U2 здесь возможно путем изменения U1 на первичных зажимах, что на практике применяется очень редко.

В большинстве случаев нагрузку преобразователя со вторичной стороны составляют асинхронные двигатели. Тогда при переходе этих двигателей от работы вхолостую к работе с нагрузкой изменение U2 будет небольшим в соответствии с небольшим изменением потребляемой ими реактивной мощности.

При изготовлении асинхронных преобразователей частоты могут быть использованы части нормальных (серийных) асинхронных двигателей с контактными кольцами. Однако при этом следует иметь в виду, что частота перемагничивания ротора велика (f2 = sпf1). Поэтому необходимо существенно снизить значения индукции в его зубцах и ярме.

Для преобразователя можем написать следующие уравнения напряжений и токов:

;

;

,

где ,  и X' – приведенные к обмотке статора вторичное напряжение и сопротивления нагрузки преобразователя. Этим уравнениям соответствует диаграмма пpeoбpaзoвaтeля, работающего с нагрузкой, представленная на рис. 3-104.

 

Рис. 3-104. Векторная диаграмма асинхронного преобразователя частоты.

Однофазные двигатели с экранированными полюсами   Однофазные двигатели с экранированными полюсами получили в последние годы широкое распространение. Они обычно выполняются на малые мощности (0,5 – 30 Вт) и применяются в тех случаях, где не требуется большой начальный вращающий момент.

Асинхронные исполнительные двигатели Вращающий момент двигателя создается в результате взаимодействия вращающегося поля и вихревых токов, наведенных им в цилиндрической части ротора.

Поворотные автотрансформаторы Поворотным автотрансформатором (применяется также название «индукционный регулятор») будем называть асинхронную машину, работающую с заторможенным ротором в качестве автотрансформатора и позволяющую путем поворота ротора регулировать напряжение на ее вторичных зажимах.

 Асинхронная машина при заторможенном роторе может быть использована в качестве преобразователя m1-фазного тока в m2-фазный ток: например, трехфазного тока в пяти- или семифазный ток Для этого ее обмотки статора и ротора должны быть выполнены соответственно на m1 и m2 фаз.

На главную