Для регулирование скорости асинхронного электропривода можно использовать два типа устройств: механические вариаторы и преобразователи частоты. Они отличаются принципами и особенностями применения. В данной статье рассмотрены эти отличия, а также даны рекомендации по выбору типа устройства.

Вариатор - механическая передача, позволяющая бесступенчато изменять частоту вращения вала в диапазоне приблизительно 1:6. Принцип его действия основан на изменении передаточного отношения между входным и выходным валом вариатора. Передаточное отношение можно изменять различными способами, например, путем изменения радиусов качения обоих колес при неизменном диаметре промежуточного элемента (рис. 1, а-в). При этом мощность, передаваемая от ведущего вала к ведомому (за исключением потерь на трение) не изменяется (P=M? n=const), т.е. при уменьшении частоты вращения выходного вала его момент увеличивается.

Регулирование частоты вращения заключается в ее уменьшении относительно номинального значения (рис.2, сплошная линия). С помощью вариаторов, оснащенных планетарной передачей, можно изменять частоту вращения от 0 об/мин до практически номинального значения (рис.2, штриховая линия). Частота вращения вала двигателя остается неизменной во всем диапазоне изменения частоты вращения выходного вала вариатора.

Передаточное отношение вариатора можно изменять как вручную, так и автоматически с помощью дополнительных пневмо- или электропривода. Последний способ дорог и используются редко.

Преобразователи частоты - электронные устройства для плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя в широком диапазоне (1:20 и более). В простейшем случае управление скоростью вращения вала осуществляется с помощью изменения частоты и амплитуды трехфазного напряжения питания двигателя.

Изменяя параметры питающего напряжения, можно достигать величину скорости вращения двигателя как ниже, так и выше номинальной. В зависимости от этого различают две зоны управления: сохранения момента и сохранения мощности.

В зоне сохранения момента (при скоростях ниже номинальной) напряжение и частота двигателя связаны зависимостью: U/f=const=U_ном / f_ном .Как следует из названия, в этой зоне момент двигателя постоянен, однако потребителю необходимо помнить ряд особенностей использования преобразователей в этой зоне.

Вентилятор любого общепромышленного двигателя рассчитаны на его работу при номинальной скорости. При уменьшении скорости снижается и эффективность работы вентилятора, что может привести к перегреву двигателя. Преобразователи ведущих фирм снабжены специальной электронной термозащитой, не позволяющей двигателю перегреться. Однако при длительной работе на пониженных частотах и с номинальным моментом необходимо использовать специальный двигатель или общепромышленный двигатель, обдуваемый внешним вентилятором.

Не для всех механизмов эта проблема столь остра: существует широкий класс устройств, нагрузка которых зависит от скорости и снижается с уменьшением скорости (или квадрата скорости) - например, насосы и вентиляторы. Для таких устройств строится специальная зависимость U от f, в результате не существует проблемы перегрева на низкой скорости, как правило, из-за малых потерь в двигателе.

Фактическое снижение момента на низкой скорости - этот эффект присущ частотному управлению и вызван повышением тока намагничивания двигателя при низких частотах управляющего напряжения. В результате при законе регулирования U/f=const и частотах ‹U_НОМ / 7 момент двигателя начинает снижаться. Для повышения момента в преобразователях предусмотрена функция повышения начального напряжения за счет увеличения тока на низкой скорости.Однако при этом снижается КПД двигателя и увеличиваются потери.

При частоте вращения выше номинальной мощность двигателя сохраняется, но момент снижается.

Для общепромышленных двигателей с разным числом полюсов скорость вращения не должна превышать 3000 об/мин, так как это может привести к проблемам с подшипниками. Для работы на более высоких скоростях необходимо использовать специальные двигатели.

При векторном регулировании, в отличие от частотного, управление скоростью осуществляется с помощью регулирования амплитуды и фазы вектора поля двигателя. Такое управление является наиболее точным и имеет следующие преимущества:

• точную отработку скорости с компенсацией скольжения;
• глубокий диапазон регулирования;
• плавность работы двигателя, сохранение величины момента вплоть до нулевой скорости при низких частотах;
• быстрая реакция на скачки нагрузки (при резких скачках нагрузки практически не происходит скачков скорости вследствие высокой динамики регулирования);
• оптимизация КПД двигателя на низких частотах (путем регулирования тока намагничивания осуществляется оптимизация режима работы двигателя и снижение электромагнитных потерь).

Несмотря на очевидные преимущества векторного регулирования, существуют области, в которых можно использовать только частотный режим, например в групповом приводе, где от одного преобразователя питаются несколько двигателей.

Таким образом, вариаторы надежны, просты, во всем диапазоне регулирования сохраняют мощность (т. е. момент с понижением скорости увеличивается), не имеют проблем с перегревом двигателя. Однако их встраивание в автоматические системы связано с дополнительными затратами; имеют в основном не большой диапазон регулирования.

Преобразователи надежны, многофункциональны, позволяют экономить электроэнергию, могут использоваться как автономно, так и в составе любой автоматической системы регулирования (управляются от компьютера, контроллера, позволяют организовывать управление с использованием различных датчиков), регулируют скорость в широком диапазоне. При их использовании следует помнить об особенностях работы в двух зонах регулирования.

В электроприводе могут применяться оба типа устройств. В настоящее время опережающими темпами развивается направление, использующее преобразователи частоты. Что предпочесть - решать Вам.