Данный способ хорошо реализуется лишь на вентиляторной характеристике рабочей машины

Регулировать напряжение можно с помощью автотрансформаторов, магнитных усилителей и, что наиболее часто практикуется, тиристорных регуляторов напряжения (ТРН) которые получили широкое распространение из-за высокого КПД, простоты в обслуживании и автоматизации.

Рассмотрим принцип действия ТРН и распространенную систему ЭП тиристорный регулятор напряжения-асинхронный двигатель (ТРН-АД).

На рисунке 4 представлена схема регулирования напряжения на однофазной нагрузке переменного тока.

Силовая часть однофазного ТРН образована двумя встречно включенными тиристорами, которые обеспечивают протекание тока в нагрузке в оба полупериода напряжения.

Рисунок 4 – Схема (а) и кривые напряжения (б) однофазного ТРН

Тиристоры получают импульсы управления от системы импульсно-фазового управления (СИФУ), которая обеспечивает их сдвиг на угол управления α в функции внешнего сигнала управления U_у.

Изменяя угол управления можно регулировать напряжение на нагрузке от полного напряжения до нуля.

Следует отметить, что получаемая форма напряжения несинусоидальна. Несинусоидальное напряжение можно представить, как совокупность нескольких синусоидальных гармоник, каждая из которых изменяется с определенной частотой. Частота изменения первой из них (основной гармоники) равна частоте питающего напряжения, а частота других гармоник больше, чем первая. Первая гармоника имеет наибольшую амплитуду и по ней ведутся все основные расчеты.

Для реализации трехфазного ТРН по два встречно включенных тиристора включают в каждую фазу питающего напряжения.

Функциональные возможности ТРН – реверс, торможение, формирование всех динамических характеристик.

Частота питающего тока прямопропорциональна частоте вращения

,

но с частотой для регулирования частоты вращения необходимо изменять и напряжение питания двигателя.

Если при U=const изменять f, то поток будет изменятся обратно пропорционально частоте.

Так, при уменьшении частоты поток возрастает и это приведет к насыщению стали машины и как следствие к резкому увеличению тока и превышения температуры двигателя. При увеличении частоты поток будет уменьшатся и как следствие будет уменьшатся момент, в связи с чем, одновременно с частотой изменяется напряжение питания.

Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки М_с.

При М_с=const, U должно регулироваться пропорционально его частоте .

Для вентиляторной характеристики рабочей машины

.

При моменте нагрузки, обратно-пропорциональном скорости

.

Частотно регулируемый электропривод нашел широкое применение для регулировании частоты вращения АД, особенно короткозамкнутых. Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ отличается также тем, что регулирование скорости АД не сопровождается увеличением скольжения, поэтому потери мощности при регулировании скорости оказываются небольшими.

Необходимым элементом ЭП является преобразователь частоты (рисунок 5) на вход которого подается стандартное напряжение сети промышленной частоты, а с выхода снимается переменное напряжение регулируемой частоты.

Рисунок 5 – Электрическая схема (а) и семейство механических характеристик АД (б) при регулировании частоты вращения частотой питающего тока

В области частот ниже 50 Гц АД имеет постоянную перегрузочную способность, т.е. М_к=const (в области самых малых скоростей несколько снижается).

В области частот выше 50 Гц момент критический снижается.

Преобразователи частоты, которые нашли применение в частотных асинхронных ЭП, можно разделить на две большие группы: электромашинные (вращающиеся) и статические, получившие в настоящее время наибольшее применение. Более подробно данный способ регулирования отражен в курсе лекций по автоматизированному электроприводу.