3.8.6. Управление механической характеристикой ад путем введения в цепь ротора дополнительного сопротивления.

При введении дополнительного сопротивления в цепь ротора изменяется критическое скольжение при постоянстве М_МАХ. Так как

,

то

(3.69)

где s_Kи – критическое скольжение при введении в ротор дополнительного сопротивления;

s_Kе – критическое скольжение на естественной характеристике.

При постоянном моменте согласно упрощенной формуле Клосса

(3.70)

где s_e – скольжение для данного момента на естественной характеристике;

s_и – скольжение для данного момента, но с включенным добавочным сопротивлением.

Следовательно, с учетом (3.69)

(3.71)

или

.

Номинальное сопротивление ротора определяется по паспортным данным

(3.72)

Активное сопротивление ротора в номинальном режиме

(3.73)

Откуда, зная значение скольжения при заданном моменте на пусковой искусственной характеристике, определяем величину добавочного сопротивления

(3.74)

3.8.6. Управление механической характеристикой ад путем подачи в статор постоянного тока.

Этот режим носит название динамического торможения. Механическая характеристика всегда расположена во втором и четвертом квадрантах так как момент и скорость двигателя имеют разные знаки.

Для перехода из двигательного режима в режим динамического торможения контактор К1 (см. рис. 3.35) отключает статор от сети переменного тока, а контактор К2 подключает обмотку статора к источнику постоянного тока. Для ограничения тока и получения дополнительного семейства характеристик в цепь ротора АД с фазным ротором подключают дополнительные резисторы.

Проходя по обмотке статора постоянный ток образует неподвижное поле, основная волна которого дает синусоидальное распределение индукции. Во вращающемся роторе возникает переменный ток, создающий свое поле также неподвижное относительно статора.

В результате взаимодействия суммарного магнитного потока с током ротора возникает тормозной момент, который зависит от МДС статора, сопротивления ротора и угловой скорости двигателя. Механические характеристики для этого режима приведены в нижней части квадранта II (см. рис. 3.34). Они проходят через начало координат, так как при угло­вой скорости, равной нулю, тормозной момент в этом режиме также равен нулю. Максимальный момент пропорционален квадрату приложенного к статору напряжения и возрастает с ростом напряжения. Критическое скольжение зависит от сопротивления роторной цепи. Оно увеличивается пропор­ционально росту сопротивления. Максимальный момент при этом не изменяется. На рис. 3.34. характеристики динамиче­ского торможения даны для трех различных сопротивлений цепи ротора и одном и том же токе статора.

На рис. 3.36а-е представлены различные схемы включения обмоток статора при питании их от источника постоянного тока. В схемах на рис. 3.36д,е нагрузка всех фаз обмотки статора равномерна, однако схема переключе­ния статора сложна. Более простыми, часто применяемыми на практике являются схемы на рис. 3.36а,б.

Питание обмоток статора асинхронных двигателей для осуществления динамического торможения может производиться от сети переменного тока через полупроводниковый выпрямитель В.

Анализ работы асинхронного двигателя в режиме дина­мического торможения целесообразно произвести, считая, что статор питается не постоянным, а эквивалентным трех­фазным переменным током I_ЭКВ. Эта замена предполагает равенство МДС, созданных постоянным током и эквивалентным переменным током.

Амплитуда МДС, создаваемой переменным током

,

где w₁ – число последовательно соединенных витков фазы статора.

Магнитодвижущая сила, создаваемая постоянным током, пропорциональна постоянному току числу витков фазы статора и зависит от схемы соединения. Например, при сое­динении статора в звезду и прохождении постоянного тока только по двум фазам (рис.3.36,а) МДС постоянного тока, определяемая геометрической суммой МДС двух фаз, равна:

.

Исходя из равенства F = F_n.определяют значение эквивалентного переменного тока для рассматриваемого случая:

.

Определив эквивалентный ток, можно построить упро­щенную векторную диаграмму токов для асинхронного дви­гателя при динамическом торможении (рис. 3.37). На диаграмме – ток намагничивания; – наибольшее зна­чение намагничивающего тока; – вторичный ток, приве­денный к статору; – первичный эквивалентный ток; – соответственно первичная и вторичная приведен­ная ЭДС.

Намагничивающий ток I_ определяется геометрической суммой эквивалентного тока I_ЭКВ и вторичного приведенного к статору тока ротора; с изменением скорости ротора изменяется вторичный ток. Конец вектора тока I_ЭКВ при уменьшении скорости ротора будет перемещаться по окруж­ности вправо и при неподвижном роторе вектор совпа­дет с I_, так как вторичная ЭДС и соответственно вторичный ток окажутся равными нулю. Поэтому при малых скоро­стях ротора и сравнительно большом эквивалентном токе двигатель в режиме динамического торможения оказывается с сильно насыщенной магнитной системой. Наоборот, при больших угловых скоростях и том же эквивалентном токе магнитная система будет ненасыщенной. Примерная зави­симость приведена на рис. 3.38.

В связи с явлением насыщения магнитной системы не является постоянной и реактивность намагничивания (рис. 3.38).

Из диаграммы (см. рис. 3.37)

(3.75)

(3.76)

где Е₂ – приведенная вторичная ЭДС при синхронной угловой скорости двигателя и намагничивающем токе I_, (вторичная ЭДС может быть найдена по кривой намагничивания двигателя); X_ – реактивность намагничивания; – скольжение при динамическом торможении.

Решая совместно (3.69) и (3.70) находим:

(3.77)

Электромагнитный момент, развиваемый двигателем,

(3.78)

Если предположить в первом приближении машину ненасыщенной, то в (3,78) Х_ = const и М будет функцией s,так как другие параметры принимаются постоянными, поэтому, дифференцируя М по s и приравнивая производную нулю, находим:

(3.79)

при котором момент имеет максимум

(3.80)

После несложных преобразований (3.80) принимает вид

(3.81)

Уравнение (3.81) по своей структуре аналогично, уравнению механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме.

Отметим, что критическое скольжение в двигательном режиме существенно больше критического скольжения в режиме динамического торможения при том же сопротивлении цепи ротора, т. е.

вследствие того что Х_ >> Х₁.

Кроме того, в реальных условиях в связи с уменьше­нием Х_ и ростом I_ЭКВ критическое скольжение s не остается постоянным для различных I_ЭКВ следует учесть также, что кривая М = f(s) при динамическом торможении может быть построена графоаналитическим методом с учетом насыщения, для чего должны быть заданы ток I_ЭКВ и зависимость E₁ = f(I_).

Рассматривая характеристики АД в режиме динамического торможения (рис. 3.39) необходимо отметить, что участок от 1 до s_KT является неустойчивым и получить установившееся значение скорости на этом участке невозможно. Если момент сопротивления М_С= – М₀, то при включении режима динамического торможения из s = s_НАЧ рабочая точка переместится в s = s_УСТ. Полностью затормозить двигатель невозможно. Для двигателя с фазным ротором включением дополнительного сопротивления в цепь ротора можно преобразовать механическую характеристику, увеличить s_КТ до значения 1. Тогда она примет вид, показанный на рисунке 3.39 пунктиром. В этом случае возможно получение устойчивого режима, если момент сопротивления 0 > М_С > – М_МАХ.Т.