
- •Томск – 2010 Содержание:
- •Введение
- •Автоматизированный электропривод
- •Механические характеристики электродвигателей
- •Механические характеристики производственных механизмов
- •Механическая характеристика электродвигателя и производственного механизма
- •Механика электропривода
- •Управление движением электропривода
- •Механические характеристики
- •Регулирование координат электропривода
- •3.1. Основные уравнения
- •3.4 Характеристики и режимы при последовательном возбуждении
- •3.5. Номинальный режим. Допустимые значения координат
- •3.6. Регулирование координат в разомкнутых структурах
- •3.7 Регулирование координат в замкнутых структурах
- •3.8 Технические реализации. Применения
- •Силовые схемы электропривода постоянного тока
- •3. Вентильные преобразователи напряжения постоянного тока
- •Датчики положения
- •16.8. Потенциометрические преобразователи
- •Индукционные машины систем синхронной связи - сельсины
- •16.6. Фотоэлектрические преобразователи
- •Вращающиеся трансформаторы
- •Глава 18. Системы отсчета и передачи угла
- •Датчики скорости - тахогенераторы
- •19.5. Фотоимпульсные измерители частоты вращения
- •Датчики тока и потокосцепления
- •Формирование механических характеристик электродвигателей с помощью обратных связей по выходным координатам
- •Корректирующие устройства
- •23.1. Активные корректирующие устройства
- •23.2. Пассивные корректирующие устройства
- •23.3. Цифровые корректирующие устройства
- •23.4. Параллельные корректирующие устройства
- •23.5. Нелинейные и псевдолинейные корректирующие устройства
- •28.2. Последовательные цифровые корректирующие звенья
- •28.3. Параллельные корректирующие звенья
- •28.4. Динамические регуляторы
- •Вентильные электроприводы
- •11 1. Вентильные электродвигатели систем автоматического регулирования
- •11.2. Момент вращения вентильного электродвигателя
- •11.3. Силовые схемы вентильных электроприводов
- •11.4. Передаточная функция вентильного электродвигателя
- •Лекция 13 шаговые двигатели Общие сведения о шаговых двигателях
- •Реверсивные шаговые двигатели
- •Режимы работы и характеристики
- •Силовые схемы шагового электропривода
- •9.1. Асинхронные электродвигатели систем автоматического регулирования
- •9 .2. Расчетная схема и дифференциальные уравнения
- •9.3. Уравнения состояния и структурная схема асинхронного электродвигателя
- •9.4. Передаточная функция асинхронного электродвигателя
- •9.5. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронного
- •9.6. Режимы работы асинхронных машин
- •6.4. Автономные управляемые инверторы
- •Электропривод "РэмТэк-03"
9.1. Асинхронные электродвигатели систем автоматического регулирования
Асинхронные электродвигатели широко используются для электроприводов с постоянной (нерегулируемой) частотой вращения, в которых требования по поддержанию частоты вращения сравнительно невелики. Нашли применение регулируемые асинхронные электроприводы с управлением по напряжению и частоте питания. Ряд зарубежных фирм, например ВВС (Германия), АМК и Allen Bradley (США),выдвинули концепцию применения в регулируемых асинхронных электроприводах векторного управления с микропроцессорным управлением инвертором, что позволяет получать асинхронные электроприводы близкие по характеристикам с электроприводами постоянного тока.
Актуальность разработки асинхронных электроприводов обусловлена:
экономическими факторами: минимум стоимости, отсутствие дефицитных видов материалов повышенный (на 6 - 10%) коэффициент полезного действия по сравнению с приводами постоянного тока;
повышенная на 50-100% удельная мощность высокочастотных (200,400,1000 Гц) асинхронных электродвигателей;
пониженный момент инерции ротора по сравнению с синхронными электродвигателями;
повышенная надежность (в 3 - 5 раз) по сравнению с двигателями постоянного тока.
В системах автоматического регулирования применяют как трехфазные, так и двухфазные асинхронные электродвигатели (АД). Трехфазные АД являются двигателями общепромышленного применения, двухфазные АД - это специальные двигатели, получившие название асинхронных исполнительных двигателей (АИД). АИД с ротором типа " беличья клетка" имеют такую же конструкцию, как трехфазные АД. В системах автоматического регулирования наибольшее распространение получили АИД с полым немагнитным ротором в виде тонкостенного стакана из сплавов алюминия. Толщина стенки стакана ротора в зависимости от мощности электродвигателя колеблется в пределах 0,1 - 1 мм. Полый ротор имеет малую массу, а следовательно, незначительный момент инерции.
Недостатком АИД с полым немагнитным ротором является большой немагнитный зазор, состоящий из двух воздушных зазоров и толщины немагнитного стакана, вследствие чего эти электродвигатели имеют значительный ток намагничивания (до 80 - 90 % от номинального тока) и соответственно низкий коэффициент мощности. Большой намагничивающий ток приводит к повышенным электрическим потерям и значительно снижает КПД электродвигателя.
Принцип действия АИД не отличается от принципа действия трехфазных АД.
Электромагнитный момент создается в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с токами, наведенными этим полем в обмотке ротора.
---------------------------------------------Вставлен АИД----------------------------------------------------------------
В АИД одна из обмоток статора подключена постоянно к сети через конденсаторную батарею и называется обмоткой возбуждения.
Вторая обмотка АИД подключена к преобразователю, управляющему амплитудой или фазой, подаваемого на обмотку напряжения. Эту обмотку называют обмоткой управления. При одинаковых обмотках, если приложенные к ним напряжения равны, создается круговое магнитное поле. При изменении амплитуды или фазы напряжения управления магнитное поле становится эллиптическим. Наряду с моментом вращения прямого следования фаз появляется момент обратного следования фаз, в результате среднее значение момента снижается, соответственно снижается и часторта вращения ротора.Рассматривают амплитудный, фазовый и амплитудно-фазовый способы управления частотой вращения АИД / 19,32 /. Простейшая силовая схема АИД представлена на рис.13.15.
Рис.13.15
Одно из основных требований к АИД заключается в том, что при снятии сигнала управления ротор должен остановиться, то есть самоход должен отсутствовать.
Для АИД также как и для ИДПТ механические и регулировочные характеристики удобно строить в относительных единицах. Обозначим /1=; Uу/Uвн = ; M/Mпуск = m, где Мпуск - пусковой момент при номинальном напряжении .Тогда по аналогии с (10.25) можно в первом приближении записать
m, (13.31)
где - относительная частота вращения якоря электродвигателя, - коэффициент сигнала, m - относительный момент.
Более точное описание механических характеристик дано в /19/. Для механической характеристики, соответствующей номинальному режиму работы ( = 1),
m = 1 + с + d2,
коэффициенты c + d = 1.
Коэффициент полезного действия АИД несколько ниже, чем у одинаковых по мощности асинхронных трехфазных двигателей из- за повышенного активного сопротивления ротора.При этом наиболее высокий КПД имеют АИД с амплитудным управлением. Поэтому рассмотрим только характеристики АИД с амплитудным управлением.
Статические механические и регулировочные характеристики АИД с амплитудным управлением представлены на рис.13.17. У исполнительных электродвигателей с полым немагнитным ротором диапазон регулирования частоты вращения достигает 1 : 200.
Рис.13.17
Механические и регулировочные характеристики АИД имеют аналогичный вид при фазном и амплитудно-фазном управлении /32/. Механические характеристики АИД при всех способах управления нелинейны и их жесткость уменьшается с уменьшением сигнала управления.Улучшению линейности механических характеристик способствует увеличение активного сопротивления ротора. Допускается нелинейность механических характеристик до 10- 15 %. При всех способах управления механические характеристики обеспечивают устойчивость работы во всем диапазоне двигательного режима.
Регулировочные характеристики АИД нелинейны при всех способах управления. Наибольшая нелинейность наблюдается в режиме холостого хода (до 20%).
На линейном участке механической характеристики динамические свойства АИД аналогичны исполнительным двигателям постоянного тока. АИД можно считать апериодическим звеном первого порядка с электромеханической постоянной времени Тм = J0 / Мп при заданном сигнале .
-------------------------------Вставлен АИД-------------------------------------------------------------
Известно, что вектор вращающегося магнитного поля является круговым при соблюдении следующих условий:
сдвиг обмоток статора в пространстве для трехфазных машин на угол 2
, а для двухфазных на угол
;
сдвиг токов фаз обмотки статора во времени для трехфазных машин на угол 2 , а для двухфазных на угол ;
- равенство магнитодвижущих сил всех фаз между собой. Нарушение любого из этих условий приводит к тому, что поле становится эллиптическим. Эллиптическое поле можно представить как сумму двух неравных круговых полей, вращающихся с синхронной угловой скоростью в противоположных направлениях. Круговое поле, определяющее направление вращения эллиптического поля, называют прямовращающимся, а круговое поле, вращающееся в противоположном направлении, называют обратновращающимся. Прямое поле создает вращающий момент двигателя, а обратное поле - тормозной момент. При увеличении разности значений МДС фаз уменьшается результирующий вращающий момент двигателя, что при неизменном моменте нагрузки приводит к снижению частоты вращения двигателя.