1.6Система трн-ад

Регулювання в системі ТРН-АД здійснюється за допомогою зміни напруги на затискачі статора шляхом зміни кута відмикання тиристорів.

Рис. 1.10 Структурна схема системи ТРН-АД

Рис. 1.11 Характеристики системи ТРН-АД

Переваги ЕП по системі ТРН-АД: По первинних затратах на 30-40% дешевше, ніж ЕП з частотним перетворювачем; на 20-50% знижені витрати на тех. обслуговування.

Недоліком ЕП по системі ТРН-АД є низький діапазон регулювання - Д=2:1.

Цей недолік, в деякому ступіні може бути усунутий при використанні АЕП з регульованою ЕРС в обмотці статора, тобто регулюванням не напруги, а ЕРС.

Для асинхронних двигунів з фазним ротором регулювання швидкості може здійснюватися впливом на коло ротору двигуна. При введення додаткового опору в коло ротора (рис. 1.2, рис. 1.4) енергія ковзання розсіюється не в об’ємі двигуна, а в опорах. Цей спосіб регулювання оцінюється як неекономічний. При використанні релейно-контактних схем виключається плавність регулювання швидкості. В даний час керування з введенням додаткових опорів в коло ротора використовується, в основному, для пуску асинхронних двигунів з фазним ротором, а також в кранових електроприводах.

Всі способи регулювання, які основані на зміні ковзання асинхронного двигуна, зв’язані з виділенням енергії ковзання в роторному колі двигуна. В вищерозглянутих способах ця енергія витрачувалась на нагрів обмотки ротора і роторних опорів. Існують системи регулюємого електропривода, в яких енергія ковзання не втрачається в опорах, а використовується корисно – повертається в коло живлення, що робить регулювання в цих системах економічним. До таких систем регулюємого привода відносяться асинхронні вентиляторні каскади і двигуни подвійного живлення.

Контрольні запитання

1. Основні способи регулювання асинхронних двигунів

2. Недоліки частотного регулювання

3. Схема АЕП з АД з реостатним регулюванням

4. Структурна схема система ТРН-АД

5. Недоліки способів регулювання, які основані на зміні ковзання асинхронного двигуна

2Асинхронний електропривод з частотним регулюванням швидкості

2.1Основні закони управління частотою обертання ад

Частота обертання ротора асинхронного двигуна

(2.0)

де:

- частота струму обмотки ротору

- ковзання

- кількість пар полюсів

З цього виразу випливає, що частоту обертання ротора асинхронного двигуна можна регулювати зміною будь - якої із трьох величин:

- ковзання s

- числа полюсів в обмотці статора 2р

- частоти струму в обмотці статора

Найсучаснішім методом є частотний. Цей метод заснований на зміні синхронної частоти обертання:

( 2.0)

Закон управління частотою f₁ залежить від характеристики навантаження виробничих механізмів.

Існують чотири основні типи характеристик навантаження виробничих механізмів.

Рис. 2.12 Характеристики навантаження

На цьому малюнку:

1. Характеристика з моментом опору, не залежним від швидкості (пряма 1 ). Таку характеристику мають, наприклад, підйомні крани, лебідки, поршневі насоси при незмінній висоті подачі та ін.

2. Характеристика з моментом опору лінійно залежним від швидкості (пряма 2). Така залежність властива, наприклад, приводу генератора постійного струму з незалежним збудженням, що працює на постійне навантаження.

3. Характеристика з нелінійним зростанням моменту (крива 3). Типовими прикладами тут можуть служити характеристики вентиляторів, відцентрових насосів, грибних гвинтів. Для цих механізмів момент Мс залежить від квадрата кутової швидкості n.

4. Характеристика з нелінійно спадаючим моментом опору (крива 4). Наприклад, у механізмів головного руху деяких металорізальних верстатів момент Мс змінюється обернено пропорційно n, а потужність, споживана механізмом, залишається постійною.

Щоб регулювати частоту обертання АД, необхідно змінювати частоту струму статору .

З курсу електричних машин відомо, що магнітний потік Ф наводить в обмотці ротору ЕРС:

( 2.0)

де:

- частота ЕРС у роторі при ковзанні s

- кількість витків фази обмотки ротору

- обмотковий коефіцієнт (для спрощення можна вважити , що

- магнітний потік

Струм обмотки ротора визначається згідно Г – подібної схеми заміщення приведеного АД:

Рис. 2.13. Г-подібна схема заміщення АД

_{( 2.0)}

- фазна напруга обмотки статору

- фазний струм обмотки статору

- активний опір обмотки статору

- індуктивний опір обмотки статору

- струм намагнічування

- активний опір кола намагнічування

- індуктивний опір кола намагнічування

- приведений індуктивний опір обмотки ротору

- приведений активний опір обмотки ротору

- еквівалент навантаження АД

- приведений струм обмотки ротору

за умов ідеального холостого ходу. Для АД з с=1.02-1.05, тобто можна прийняти с=1

Електромагнітний момент ротору створюється за рахунок взаємодії струму ротору й магнітного поля статору.

Можна визначити електромагнітний момент ротору наступним чином:

( 2.0)

де - кутова синхронна швидкість обертання.

Тоді:

( 2.0)

Остаточно, с урахуванням (9.4)

( 2.0)

Ця формула відома як рівняння Клоса.

Враховуючі, що параметри АД є постійними й припускаючи, що ковзання також є постійним , отримуємо:

( 2.0)

де К – деякій коефіцієнт, незмінний при постійному ковзанні. Таким чином, обертаючий момент АД, частота струму обмотки статору й напруга обмотки статору є взаємозалежними. Ця залежність була доведена М. П. Костенко у 1925 р. й має вигляд:

( 2.0)

де:

- момент АД при напрузі й частоті

- момент АД при напрузі й частоті

Слід також враховувати наступне:

На частотах біля 50 Гц можна нехтувати активним опором обмотки статору й вважати, що опір обмотки статору є тільки індуктивним, тобто виконується залежність:

Й, відповідно:

( 2.0)

де L – індуктивність обмоток АД

Відповідно:

( 2.0)

Тобто для стабілізації моменту при підвищенні частоти слід пропорційно підвищувати напругу

Але при підвищенні частоти за номінальну не можна підвищувати напругу, тому що обмотка статору АД розрахована на номінальну фазну напругу (наприклад - 220В), а на малих частотах не можна нехтувати активним опором обмотки статору, необхідно компенсувати зменшення струму статору (й, відповідно, моменту!) від наявності активного опору обмотки статору (так звана IR - компенсація), тобто необхідно збільшити напругу. Залежність напруги обмотки статору від частоти має бути наступною:

Рис. 2.14 Залежність напруги обмотки статору від частоти

При постійному моменті навантаження (Mс=const) напруга на статорі повинна регулюватися пропорційно частоті:

( 2.0)

Рис. 2.15 Пропорційний закон керування

Для вентиляторного моменту навантаження напруга на статорі повинна регулюватися за формулою:

( 2.0)

Рис. 2.16 Закон керування при вентиляторному моменті навантаження

При цьому потужність двигуна збільшується при зростанні частоти обертання:

( 2.0)

де:

( 2.0)

Тобто:

^{( 2.0)}

Якщо ж регулювання здійснюється за умови сталості потужності двигуна (Рем= М₁=const), то напругу треба змінювати відповідно до квадратичного закону:

( 2.0)

або

( 2.0)

Рис. 2.17 Квадратичний закон керування

При цьому потужність двигуна є постійною і не залежить від частоти обертання.

Частотне регулювання двигунів дозволяє плавно змінювати частоту обертання в широкому діапазоні без зайвих втрат потужності на регулювання.