Microsoft Word Кожеуров222. doc

5.1.2. Особенности полупроводниковых преобразователей частоты 
Асинхронный двигатель становится сегодня основным объектом управления в 
электроприводе. Его преимущества заключаются в простоте конструкции, надежности, 
меньшем моменте инерции по сравнению с двигателем постоянного тока, в отличие от 
которого он не требует частого периодического обслуживания, может использоваться в 
агрессивной и взрывоопасной средах. С другой стороны, АД является сложным 
нелинейным объектом управления, поэтому для создания асинхронного электропривода с 
характеристиками, аналогичными характеристикам приводов постоянного тока, требуется 
сложная система управления. По этой причине внедрение регулируемых асинхронных 
электроприводов тесно связано с развитием силовой электроники, микропроцессорной 
техники и математической теории машин переменного тока. 

---

164
Типы асинхронных двигателей существенно отличаются друг от друга по виду 
механических характеристик. Например, двигатели краново-металлургической серии 
имеют повышенное сопротивление роторной цепи, что обеспечивает высокий пусковой 
момент и высокое критическое скольжение, а значит, и высокое номинальное. Такие 
двигатели плохо подходят для применения в системах ППЧ—АД, так как имеют большие 
потери энергии и, как следствие, сильно нагреваются. Поэтому в частотно-регулируемых 
электроприводах используются двигатели серий 4А, АИР, 5А и др., а также двигатели, 
специально разработанные для применения с ППЧ, к которым относятся двигатели серии 
АЧД. 
Полупроводниковые преобразователи частоты уверенно становятся стандартным 
промышленным оборудованием в технике электропривода. Областью их использования 
стали асинхронные электроприводы, к которым предъявляются следующие требования: 
•плавное регулирование скорости двигателя в широком диапазоне в соответствии с 
требованиями технологического процесса; 
•высокая точность регулирования скорости или позиционирования двигателя; 
•ограничение нагрузки электропривода, рывков и ускорений в процессе работы; 
•большое число включений в 1 ч; 
•дистанционное управление скоростью и направлением вращения двигателя; 
•плавное регулирование технологических параметров с помощью электропривода и 
т.д. 
Кроме того, частотное регулирование с помощью ПЧ позволяет практически во всех 
случаях снизить потребление электроэнергии по сравнению с другими способами 
регулирования и нерегулируемым электроприводом. 
Различают следующие типы систем управления ППЧ: скалярного и векторного 
управления. 
Системы скалярного управления являются более простыми и относительно 
дешевыми. Они характеризуются небольшим диапазоном регулирования скорости (от 1:5 
до 1:10), относительно низкими точностью и качеством регулирования; 
Системы векторного управления могут быть с обратной связью по скорости и без 
нее. Они являются наиболее быстродействующими и качественными и обеспечивают 
диапазон регулирования скорости 1:1000 и более. Их недостаток заключается в необхо-
димости использования встроенного в двигатель или пристроенного датчика скорости. 
Скалярное управление является простейшим вариантом реализации частотно-
регулируемого асинхронного электропривода. Несмотря на низкие показатели качества и 
точности регулирования преобразователи со скалярным управлением во многих случаях 
полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к электроприводу. Это, в первую 
очередь, относится к электроприводам турбомеханизмов, требования к которым 
невысокие. За счет несложной системы управления, т.е. применения простого контрол-
лера, отсутствия датчиков на валу двигателя ППЧ со скалярным управлением пользуются 
спросом и успешно конкурируют с дорогими многофункциональными преобразователями. 
Суть скалярного управления заключается в следующем. Широтно-импульсному 
преобразователю задается частота и амплитуда выходного напряжения. Частота задается 
либо напрямую с пульта управления, либо с регулятора технологического параметра. В 
последнем случае используется обратная связь по технологическому параметру, т.е. 
давлению, расходу жидкости и т.д. Необходимая амплитуда напряжения является 
функцией частоты. Типовым законом в системах скалярного управления является закон 
пропорционального управления 
(
= const), который для механизмов с вентиляторной 
нагрузкой не является оптимальным. При скалярном управлении момент двигателя не 
регулируется, а определяется нагрузкой. Точность поддержания скорости невелика. В 
случае применения регулятора технологического параметра система работает на такой 
скорости, которая обеспечивает заданный уровень технологического параметра. При 

---

165
отсутствии такого регулятора скорость определяется текущим скольжением, т.е. 
нагрузкой. 
Скалярное управление может быть осуществлено при отсутствии датчиков скорости, 
токов и напряжений. Тем не менее все преобразователи содержат датчики тока и 
напряжения для обеспечения сервисных, защитных и других дополнительных функций. 
Датчик напряжения устанавливается, как правило, в звене постоянного тока, а датчики 
тока — на выходе инвертора в двух фазах. 
Закон пропорционального управления является наиболее распространенным, но он 
не является оптимальным, так как, во-первых, не обеспечивает минимума 
энергопотребления в установившемся режиме при малых нагрузках, а, во-вторых, при 
низких частотах за счет падения напряжения на активных сопротивлениях статора 
перегрузочная способность двигателя снижается. Для механизмов с вентиляторной 
нагрузкой применяют также закон 
= const, что обусловлено тем, что в этом случае 
момент нагрузки имеет степенную зависимость от скорости, поэтому нет необходимости 
поддерживать высокую перегрузочную способность во всем диапазоне частот, т. е. 
появляется возможность улучшить энергетические показатели при снижении скорости. 
Однако этот закон также не обеспечивает минимизацию потерь в двигателе. При низких 
скоростях двигатель турбомеханизма работает с малым моментом нагрузки, поэтому 
падение напряжения на активных сопротивлениях статора и ухудшение перегрузочной 
способности не влияют на работу двигателя в установившемся режиме. С другой стороны, 
при пуске целесообразно использовать повышенный пусковой момент, поэтому разгон 
двигателя следует проводить при номинальном потоке. Закон 
= const этого 
обеспечить не может. 
Если рассмотреть семейство механических характеристик на разных частотах при 
законе управления 
U/f= 
const, то выяснится, что критический момент снижается при 
уменьшении частоты. Это результат влияния падения напряжения на активных сопро-
тивлениях статора. В современных приводах вводится компенсация этого падения 
напряжения на низких скоростях. Как правило, можно регулировать степень компенсации. 
Обычно увеличение напряжения составляет 5... 10 % от напряжения, необходимого по 
закону управления 
U/f= 
const. Обеспечение требуемого пускового момента особенно 
важно в системе ППЧ—АД, так как здесь надо учитывать максимальный ток, допустимый 
для нормальной работы инвертора. Для повышения пускового момента иногда приходится 
увеличивать мощность преобразователя. С другой стороны, повышение мощности ППЧ 
может вызвать неустойчивую работу двигателя. Если, повысив мощность, не удается 
получить требуемый пусковой момент, то надо повышать как мощность ППЧ, так и 
мощность двигателя. 
Компенсация падения напряжения на активных сопротивлениях статора (
компенсация) применяется практически во всех современных преобразователях со 
скалярным управлением. Это особенно актуально при постоянном моменте нагрузки. При 
малой скорости двигателя и номинальном моменте нагрузки доля напряжения, 
приходящаяся на активные сопротивления статора, настолько велика, что оставшаяся