При частотном управлении электромагнитный момент асинхронного двигателя зависит от частоты и напряжения переменного тока, питающего статор электрической машины. Наличие двух независимых каналов управления (уровнем напряжения и частотой) дает возможность реализовать в системе преобразователь частоты — асинхронный двигатель (ПЧ — АД) различные законы управления.
Если индексы величин знаменателей в формулах отнести к номинальным значениям (напряжению и частоте тока сети), то можно записать
здесь U1, f1 — напряжение и частота на выходе преобразователя частоты.
Обозначив U 1/ U н = у; f1/fн = α; М1/Мн = µ, окончательно получим
у = α √µ
Управляя двигателем в соответствии с выражением при ненасыщенной магнитной системе электрической машины, можно сохранить практически неизменным коэффициент мощности, скольжение, перегрузочную способность независимо от изменения частоты вращения.
Виды нагрузки определяют различные формы взаимосвязанного статического управления напряжением и частотой.
При постоянном моменте нагрузки
у = а или U/f = cosnt
При постоянной мощности ё = cMf = cosnt, здесь с — конструктивная постоянная двигателя, будем иметь
Часто нагрузка зависит от скорости. При вентиляторной нагрузке (с = 2) будем иметь
у = f12/ fн2 = α2
Механические характеристики привода, сохраняющего теоретически постоянство перегрузочной способности двигателя при указанных видах нагрузки, изображены на рис. Однако, как видно из графиков, изображенных пунктирны ми линиями, сохранить постоянство перегрузки двигателя не удается. Это связано с тем, что с уменьшением частоты растет влияние падения напряжения в активном сопротивлении статорной цепи, которое при выводе основных законов управления не учитывалось.
Рис. 2. Механические характеристики привода, управляемого по системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель:
а — при постоянном моменте; б — при постоянной мощности; в — при вентиляторной нагрузке
Поэтому в разомкнутых системах ПЧ — АД не удается достичь большого диапазона регулирования скорости, поскольку в значительной степени проявляется статизм (влияние изменения момента нагрузки на механическую характеристику привода). Например, уже при диапазоне регулирования 6:1 статизм может достигать около 30 %. В частотно-управляемых замкнутых системах диапазон регулирования скорости расширяется до 50:1 и более, а в асинхронных приводах с векторным принципом управления до 1000:1 и более.
Для того, чтобы реализовать принцип частотного управления, необходимо взаимосвязано управлять напряжением на статоре асинхронной машины при изменении частоты.
Для синхронных двигателей привода турбомашины целесообразно следующее пропорциональное соотношение между частотой и напряжением. Частотно- регулируемый электропривод с синхронными двигателями как правило выполняется с ПЧ, имеющими автономный инвертор тока (АИТ).
