Вопросы для самопроверки

1. Что понимается под естественной и искусственной механической характеристиками двигателя?

2. В каких режимах может работать ДПТ НВ?

3. Перечислите и охарактеризуйте основные способы регулирования скорости ДПТ НВ. Дайте их сравнительную оценку.

4. В чём заключается особенности работы системы «тиристорный преобразователь – двигатель»?

5. Укажите особенности режима прерывистых токов.

6. Как влияет работа вентильного электродвигателя постоянного тока на сети электроснабжения? Назовите способы уменьшения этого влияния.

7. Какие виды обратных связей применяются для получения жёстких и крутоспадающих механических характеристик?

8. Какие существуют способы пуска и торможения ДПТ НВ? Как их можно осуществить?

9. В каких режимах может работать ДПТ НВ?

10. Особенности работы системы «генератор – двигатель постоянного тока». В чём сущность двухзонного регулирования скорости в этой системе?

11. Почему ДПТ ПВ не может работать в генераторном режиме с отдачей энергии в сеть?

12. Какими способами можно осуществить торможение ДПТ ПВ?

13. Перечислите основные этапы построения пусковой диаграммы ДПТ ПВ. Для чего нужна пусковая диаграмма?

14. Назовите области применения электроприводов ДПТ ПВ и ДПТ СВ.

Раздел 3. Электроприводы с двигателями переменного тока

Асинхронные двигатели нашли наиболее широкое применение в совре­менной промышленности. В электроприводах переменного тока применяются асинхронные (АД) и синхронные двигатели (СД).

АД имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с другими типами двигателей. Основные из них следующие:

1) возможность непосредственного питания от сетей трёхфазного переменного тока;

2) простота устройства и надёжность в эксплуатации благодаря отсутствию коллектора;

3) небольшая стоимость и значительно меньшие габариты по сравнению с двигателями постоянного тока.

Для асинхронных двигателей обычно в качестве уравне­ния механической характеристики (формула Клосса) используется зависимость М(s),

т. е. М = 2М_к / (s /s_к + s_к /s),

где М – момент двигателя;

s – скольжение;

s_к – критическое скольжение;

М_к – критический (максимальный) момент.

Уравнение М(s) выводится на основе приближенной эквивалентной Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя.

При практическом использовании механических харак­теристик асинхронных двигателей удобнее пользоваться вы­веденными без учета сопротивления обмотки статора уравне­ниями, которые в этом случае более просты и наглядны. По­строение механической характеристики для асинхронных двигателей с фазным ротором может быть легко произведено на основании каталожных данных по упрощенной формуле Клосса, приведённой выше.

Асинхронный двигатель может работать помимо двигательного в следующих ге­нераторных режимах: рекуперативном, противовключения, динамического торможения.

Регулирование скорости асинхронным двигателем может осуществляться следующими способами:

1. введением сопротивления в цепь ротора (АД с фазным ротором);

2. изменением числа пар полюсов;

3. изменением частоты питающего напряжения;

4. при помощи машинно-вентильных каскадов;

5. с помощью магнитных усилителей.

Наиболее перспективным явля­ется регулирование скорости изменением частоты питающего напряжения, этот способ в связи с разработкой полупровод­никовых преобразователей частоты на базе тиристоров на­ходит широкое применение в промышленности.

Для реализации этого способа применяются статические преобразователи частоты (ПЧ), кото­рые могут быть разделены на две группы:

1) ПЧ без звена постоянного тока с непосредственной связью питающей сети и нагрузки (непосредственный ПЧ);

2) ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока (двухзвенные ПЧ). Основные достоинства статических ПЧ: высокий КПД системы регулирования (0,85 – 0,9), высокое быстродействие, отсут­ствие шума при работе.

Регулирование скорости АД в каскадных систе­мах регулирования с вентильными преобразова­телями имеет наибольшие перспективы в практическом применении.

Электроприводы с АД являются, в ос­новном, главными потребителями электрической энергии. Во многих случаях при их работе имеет место недоиспользование установленной мощности АД или необоснованные завыше­ния их мощности. Это приводит к резкому снижению энер­гетических показателей АД и к большим экономическим потерям.

Стремление уменьшить потери электроэнергии в асинхронных электроприводах привело к разработке систем управления, которые автоматически обеспечивают миними­зацию потерь энергии или пропорционального им тока АД.

Способы пуска и торможения АД имеют сложную физическую картину процессов. Пуск электропривода с АД осуществляется следующими способами:

1. Пуск от полного напряжения сети, применяемый в следующих случаях:

а) когда это допускает мощность источника электрической энергии, от которой питается данная установка;

б) когда падение напряжения в электрической сети, от которого питается данная установка, не выходит из допускаемых норм;

в) когда электродинамические усилия в электродвигателе при непосредственном включении в сеть не являются опасными для прочности закрепления лобовых частей его обмоток и приводимого производственного механизма.

2. Пуск с симметричными активными и индуктивными сопротивлениями в цепи статора (пусковой ток ограничивается за счёт уменьшения напряжения на статоре при пуске).

3. Пуск через автотрансформатор в цепи статора (применяется только для высоковольтных АД большой мощности из-за большой стоимости пусковых устройств).

4. Пуск с симметричными активными сопротивлениями в цепи ротора (только для АД с фазным ротором).

Торможение электропривода с АД осуществляется следующими способами:

1. Генераторное (рекуперативное) торможение с отдачей энергии в сеть (этот способ торможения возможен в том случае, если скорость двигателя окажется выше скорости вращения поля статора).

2. Торможение противовключением. Режим может быть получен двумя способами: переключением вращающегося двигателя на обратное направление путём перемены очерёдности следования фаз на статоре; под действием активного момента сопротивления производственного механизма.

3. Динамическое торможение. Для осуществления торможения АД обмотка его статора отключается от сети переменного тока и подключается к источнику постоянного тока, что приводит к возникновению в пространстве между статором и ротором неподвижного магнитного поля.

4. Однофазное торможение. Осуществляется отключением одной фазы напряжения, приложенного к статору, и замыканием на любую другую.

АД – это сложное элек­трическое устройство, состоящее из магнитно-связанных об­моток статора и ротора, непрерывно меняющих свое взаимное расположение в пространстве. Вследствие этого возникаю­щие электромагнитные переходные процессы отличаются большой сложностью.

Синхронные двигатели (СД) имеют более высокие энергетические показатели, чем асинхронные, и применяются в нерегулируемых электроприводах большой и средней мощности с длительным режимом работы. СД осуществляет компенсацию реактивной мощности других электропотребителей, так называемый синхронный компенсатор, и является источником ёмкостной реактивной мощности, что позволяет получить экономию энергии. Характерной особенностью СД является постоянство скорости вращения ротора в синхронном режиме вне зависимости от нагрузки.

Механические свойства синхронного двигателя исследуются по упрощенной векторной диаграмме неявно-полюсной синхронной машины, на основании которой выво­дится уравнение для электромагнитного момента СД. Основная характеристика СД – зависимость электромагнитного мо­мента М от угла между осью ротора и статора. При работе СД существует возможность выпадения двигателя из синхронизма при перегрузках.

Пуск СД, как правило, произво­дится так же, как и асинхронного двигателя. Существуют системы легкого и тяжелого пуска. Кроме основных способов пуска в последнее время широко применяется пуск СД с воз­будителем, который наглухо присоединен к обмотке возбуж­дения.