Частотное регулирование без самосинхронизации. Электромагнитный момент синхронного двигателя
М = см IаФв cos ψ = см IаФв cos (φ + θ). (6.48)
При частотном регулировании обычно стремятся получить режим работы двигателя с cos φ = 1, когда в обмотке якоря имеются минимальные потери энергии. Для этого ток якоря Iа должен поддерживаться постоянным и минимальным:
Iаmin = М/(смФв cos θ). (6.49)
Из (6.49) следует, что при неизменных нагрузочном моменте (Мн = М = const) и потоке возбуждения (Фв = const), т. е. токе возбуждения (Iв = const), угол θ в процессе регулирования частоты не должен изменяться. Однако при изменении частоты f1 изменяются ЭДС Е0, угловая скорость ротора ω1 и индуктивное сопротивление Хсн (или сопротивления Хd и Xq при явно-полюсном роторе), т. е.
Е0/Е0ном = Хсн /Хсн.ном = ω1/ω1ном =f1/f1ном . (6.50)
Поэтому при частотах питающего напряжения f1, отличных от номинальной частоты f1ном, формула электромагнитного момента [см. (6.35)] принимает вид
M = mUE0 sin θ = mE0номU * f1ном sin θ = C U sin θ = const, (6.51)
ω1Xсн ω1ном Xсн ном f1 f1
где С = mЕ0ном f1ном /(ω1ном Хсн.ном ) - постоянная.
Из (6.51) следует, что при неизменных значениях нагрузочного момента Мн = М и тока якоря
Iа = Iамин необходимо выдерживать условие
U/f1 = const, (6.52)
т. е. изменять напряжение U, подаваемое к электродвигателю от преобразователя частоты, пропорционально изменению частоты f1. При соблюдении условия (6.52) все стороны треугольника ОАВ (рис. 6.50, а) изменяются пропорционально частоте, а угол 0 остается неизменным. При изменении нагрузки необходимо в соответствии с (6.48) изменять поток возбуждения Фв , т. е. ток возбуждения Iв .
Вентильный двигатель. Принцип частотного регулирования с самосинхронизацией заключается в том, что управление преобразователем частоты осуществляется от системы датчиков положения ротора, вследствие чего напряжение подается на каждую фазу двигателя при углах нагрузки θ < 90°. При таком регулировании автоматически обеспечиваются условия устойчивой работы двигателя и его перегрузочная способность определяется только перегрузочной способностью преобразователя частоты.
Синхронные двигатели, регулируемые путем изменения частоты с самосинхронизацией, называют вентильными двигателями; иногда их называют бесколлекторными двигателями постоянного тока. Однако первое название является более правильным, так как эти двигатели могут получать питание от сети как постоянного, так и переменного тока.
При питании вентильного двигателя от сети постоянного тока в преобразователе частоты должны применяться тиристоры с узлами принудительной коммутации. В двигателях малой мощности допустимо применение транзисторов. При питании вентильного двигателя от тиристорного преобразователя частоты, основанного на использовании автономного инвертора напряжения