ЖУРНАЛ СТА №4/2000

двигатели постоянного тока. Преобра- зователь в данном случае регулировал только напряжение, был прост и де- шев. Однако двигатели постоянного тока имеют сложную конструкцию, критичный в эксплуатации щеточный аппарат и сравнительно дорогие. Асин- хронные двигатели широко распрост- ранены, надежны, имеют относитель- но невысокую стоимость, хорошие эксплуатационные качества, но регу- ляторы скорости их вращения изза сложности систем электронного регу- лирования частоты питающего напря- жения стоили до начала 80х годов дорого и не обладали качествами, не- обходимыми для широкого внедрения в индустрию. Благодаря бурному раз- витию электроники и появлению недо- рогих преобразователей частоты стало возможным регулирование скорости вращения асинхронных двигателей в широких масштабах. Быстрый рост рынка преобразователей частоты для асинхронных двигателей не в послед- нюю очередь стал возможен в связи с появлением новой элементной базы — силовых модулей на базе IGBT (Insula- ted Gate Bipolar Transistor — биполяр- ный транзистор с изолированным за- твором), рассчитанных на токи до не- скольких килоампер, напряжение до нескольких киловольт и имеющих час- тоту коммутации 30 кГц и выше. Для лучшего понимания принципов, лежащих в основе электронных систем регулирования скорости вращения, на- помним устройство асинхронного эле- ктродвигателя с короткозамкнутым ро- тором — наиболее массового, повсеме- стно применяемого типа электродвига- теля. Достатолчно сказать, что суммар- ный объем электроэнергии, используе- мой для приведения в движение всех приводов с асинхронными двигателя- ми, составляет более 50% всей потреб- ляемой электроэнергии. Такой двига- тель имеет неподвижный статор с об- мотками, образующими полюса, и по- движный короткозамкнутый ротор. При приложении к статорным обмот- кам электродвигателя трехфазного на- пряжения статорными токами, сдвину- тыми относительно друг друга на 120 градусов, формируется вращающе- еся магнитное поле статора. Это поле индуцирует в роторе токи, порождаю- щие собственное поле ротора, которое вращается синхронно с полем статора и образует общий вращающий поток двигателя. В результате взаимодейст- вия токов ротора с магнитным потоком возникают действующие на провод- ники ротора механические силы и вра- щающий электромагнитный момент. При этом для создания момента необ- ходимо, чтобы статорное поле враща- лось со скоростью выше частоты вра- щения ротора. Эта разница в скорости вращения называется скольжением. Скорость ротора асинхронного элек- тродвигателя можно регулировать из- менением частоты питающего напря- жения, амплитуды питающего напря- жения, числа пар полюсов статора. Для изменения скорости вращения асинхронного электродвигателя наи- более широко используются устройст- ва, позволяющие менять частоту под- водимого напряжения — полупровод- никовые преобразователи частоты. В простейшем случае частотного ре- гулирования управление скоростью вращения осуществляется путем изме- нения частоты и амплитуды напряже- ния трехфазного источника питания. Как известно, регулирование скорости асинхронного двигателя изменением частоты подводимого к статору напря- жения возможно как в сторону сниже- ния скорости, так и в сторону увеличе- ния скорости выше номинальной. При регулировании частоты вниз от номинальной можно выбрать такой закон частотного управления (соотно- шение между частотой и амплитудой питающего напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя), что магнитный поток машины будет под- держиваться неизменным. В этом слу- чае максимальный момент двигателя сохраняется неизменным, и таким об- разом обеспечивается постоянство пе- регрузочной способности во всем диа- пазоне регулирования при неизменном моменте нагрузки. При регулировании частоты вверх от номинальной, что возможно у преобразователей частоты с промежуточным контуром постоян- ного тока, имеет место режим сниже- ния магнитного потока двигателя, по- скольку амплитуда напряжения оста- ется неизменной на уровне ее номи- нального значения. Существует два основных типа пре- образователей частоты: с непосредст- венной связью и с промежуточным контуром постоянного тока. В первом случае выходное напряжение синусои- дальной формы формируется из участ- ков синусоид преобразуемого входного напряжения. При этом максимальное значение выходной частоты принци- пиально не может быть равным частоте питающей сети. Частота на выходе преобразователя этого типа обычно лежит в диапазоне от 0 до 2533 Гц. Но наибольшее распространение по- лучили преобразователи частоты с про- межуточным контуром постоянного тока, выполненные на базе инверторов напряжения. Структурная схема такого преобразователя приведена на рис. 1. Переменное напряжение сети преоб- разуется с помощью диодного выпря- мителя, а затем сглаживается в проме- жуточной цепи индуктивноемкост- ным фильтром. И, наконец, инвертор, выходной каскад которого обычно вы- полняется на основе IGBTмодулей, осуществляет обратное преобразова- ние из постоянного тока в перемен- ный, обеспечивая формирование вы- ходного сигнала с необходимыми зна- чениями напряжения и частоты. Наи- более часто в инверторах применяется метод высокочастотной широтноим- пульсной модуляции (ШИМ). В этом случае выходной сигнал преобразова- теля представляет собой последова- тельность импульсов напряжения по- стоянной амплитуды и изменяющейся длительности, которая на индуктивной нагрузке, каковой является обмотка статора, формирует токи синусои- дальной формы (рис. 2). Возможный диапазон регулирования частоты — от 0 до нескольких тысяч герц. об зоР / АППАРА ТныЕ СР Е дС Т вА 7 СТА 4/2000 www.cta.ru Сеть Выпрямитель Фильтр Инвертор Выход Система управления Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ïðåîáðàçîâàòåëÿ чàñòîòû ñ ïðîìåæóòîчíûì êîíòóðîì ïîñòîÿííîãî òîêà