1.5 Механическая характеристика асинхронного электродвигателя

Механическая характеристика асинхронного двигателя М =f(S) представляет зависимость момента от величины скольжения при постоянном напряжении, постоянной частоте тока питающей сети и постоянном сопротивлении роторной цепи. Известные величины М и S из таблицы 1 переносят в таблицу 2.

Таблица 2 - Механические характеристики двигателя

Точки режима	А 0	А 0,25	А 0,5	А 0,75	Aн	Am	AK
S	0	0.007	0.014	0.02	0.028	0,24	1
M	0	186.3	378	567	764.1	2745,9	1344,6

Для определения максимального момента из центра круговой диаграммы 0₁ проводят перпендикуляр к линии электромагнитной мощности Р_эм = 0 (отрезку А₀ К₁) до пересечения с дугой окружности круговой диаграммы в точке А_т которая соответствует режиму максимального момента. Опустив из точки А_т вертикаль до пересечения с отрезком А₀ К₁ в точке М, получают значение максимального значения момента

Скольжение, соответствующее максимальному моменту, называют критическим. Для его определения продолжают линию АоА_т до пересечения со шкалой скольжения в точке д_кр и тогда критическое скольжение

В точке режима короткого замыкания (пуска) А_к скольжения S = 1, а соответствующий ему пусковой момент

Определяют перегрузочную способность асинхронного электродвигателя:

кратность пускового момента:

27) Цепь синусоидального тока с последовательным соединением RLC 

Условие:

XL = Xc

I = U / Zr  (I и U вверху с точками)

Zc = r - j (XL- Xc)= r

I=U/r=max (I и U сверху с точками)

Ограничение тока активным сопротивлением

UL=Uc и U = Ua

Максимальны (резонанс напряжений)

Uc UL

φ=0 Ua

активный характер

U = Ua

U = √Ua2 + (UL - Uc)2= Ua

Резонанс напряжений возможен в неразветвленной цепи с индуктивным L, емкостным С и резистивным г элементами, т. е. в последова­тельном колебательном контуре.

По закону Ома комплексное значение тока в контуре i=I==

где Z - комплексное сопротивление контура;z - полное сопротивление контура;

— угол сдвига фаз между напряжением и током, т. е. аргумент комплексного сопро­тивления;

I -  действующее значение тока.

Если угловая частота со напряжения и тока равна l/, то индуктивное и емкостное сопротивления элементов одинаковы. При этом аргумент φ комплексного сопротивления контура равен нулю, , полное сопротив­ление цепи минимальное: г = z и действующее значение тока при заданном напря­жении наибольшее: I= U/r.

Режим неразветвленной цепи, содержащей индуктивный, емкостный и резистивный элементы последовательного контура,ток и напряжение совпадают по фазе, называется резонансом напряжений.

При резонансе напряжений действующие значения, а значит и амплитуды, напряжений на индуктивном й емкостном элементах одинаковы, а фазы противо­положны. Поэтому напряжение источника U равно напряжению на резистивном элементе.

Угловая частота, при которой наблюдается резонанс напряжений, называется резонансной:

Если сопротивление т резистивного элемента мало, то при резонансе напря­жений ток. в цепи резко возрастает по сравнению со значениями тока при частоте, отличной от ωрез. Одновременно, что особенно существенно, напряжения на емкост­ном и индуктивном элементах могут (и во много раз) превысить напряжение пита­ния U.

Подставив значение ωрез в последнее неравенство, получим условие превыше­ния в виде >r

Величина ρ =  = cope3L имеет размерность сопротивления и называется характеристическим сопротивлениемколебательного контура. Отно­шение характеристического сопротивления к сопротивлению резистивного элемента определяет резонансные свойства колебательного контура и называется доброт­ностью контура:

Q=ρ/r.

Добротность контура равна отношению (при резонансе) реактивной мощности индуктивного QL или емкостного Qc элемента к активной мощности резистивного элемента. Физическая причина возникновения повышенных напряжений — это колеба­ния значительной энергии, запасаемой попеременно в электрическом поле емкост­ного и в магнитном поле индуктивного элементов. Формально аналогичные коле­бания энергии могут быть и в механической системе, обладающей массой и упру­гостью. Простейшим примером служит ядро, подвешенное на пружинах. В механической колебательной системе энергия периодически переходит из кине­тической (энергия движущегося тела) в потенциальную (энергия сил упругости) и обратно. Если в системе не слишком велики силы трения, то для поддержания ее незатухающих периодических колебаний достаточно добавлять периодически в такт с ее колебаниями небольшие количества энергии для покрытия потерь энер­гии в системе из-за трения. При этом сила толчков извне может быть во много раз меньше сил инерции и упругости, действующих внутри системы. Следовательно, энергия, поступающая извне для покрытия Потерь, тоже может быть мала по срав­нению с энергией колебаний.

28) регулирование скорости асинхронного двигателя изменением частоты тока

Для частотного регулирования применяют в основном полупроводниковые преобразователи. Их принцип действия основан на особенности работы асинхронного двигателя, где частота вращения магнитного поля статора зависит от частоты напряжения питающей сети. Скорость вращения поля статора определяется по следующей формуле:

n1 = 60f/p, где n1 — частота вращения поля (об/мин), f-частота питающей сети (Гц), p-число пар полюсов статора, 60 — коэффициент пересчета мерности.

Для эффективной работы асинхронного электродвигателя без потерь нужно вместе с частотой изменять и подаваемое напряжение. Напряжение должно меняться в зависимости от момента нагрузки. Если нагрузка постоянная, то напряжение изменяется пропорционально частоте.

Современные частотные регуляторы позволяют уменьшать и увеличивать обороты в широком диапазоне. Это обеспечило их широкое применение в оборудовании с управляемой протяжкой, например, в многоконтактных станках сварной сетки. В них скорость вращения асинхронного двигателя, приводящего в движение намоточный вал, регулируется полупроводниковым преобразователем. Такая регулировка позволяет оператору, следящему за правильностью выполнения технологических операций, ступенчато ускоряться или замедляться по мере настройки станка.

Остановимся на принципе работы преобразователя частоты более подробно. В его основе лежит принцип двойного преобразования. Состоит регулятор из выпрямителя, импульсного инвертора и системы управления. В выпрямителе синусоидальное напряжение преобразуется в постоянное и подаётся на инвертор. В составе силового трёхфазного импульсного инвертора есть шесть транзисторных переключателей. Через эти автоматические ключи постоянное напряжение подаётся на обмотки статора так, что в нужный момент на соответствующие обмотки поступает то прямой, то обратный ток со сдвигом фаз 120°. Таким образом, постоянное напряжение трансформируется в переменное трёхфазное напряжение нужной амплитуды и частоты.

Необходимые параметры задаются через модуль управления. Автоматическая регулировка работы ключей осуществляется по принципу широтно-импульсной модуляции. В качестве силовых переключателей используются мощные IGBT-транзисторы. Они, по сравнению с тиристорами, имеют высокую частоту переключения и выдают почти синусоидальный ток с минимальными искажениями. Не смотря на практичность таких устройств, их стоимость для двигателей средней и высокой мощности остаётся очень высокой.

29, Цепь переменного тока с параллельным соединением 

I(a1) Ua1 I1

I2 I(a2)

Ua2

φ φ

Iр(L) Iр(С)

XL = Xc

Имеем:

bL = bc (проводимость)

IL= Ic= I1p = I2p — max

Признак:

(W I2) / 2 = (W U2) / 2

Колеблется внутри контура (в идеале) не выходя за пределы, а так как r = 0 никуда не расходуется. Ток в общей цепи равен нулю (0), а в реальном контуре расходуется энергия на активном сопротивлении и расходуемая часть пополняется источником I стремится к нулю — min.

Свойство: имеем резонанс токов.

Имеем резонанс токов с переводом цепи в индуктивный или емкостной режимы.

В цепи, схема которой содержит параллельно соединенные индуктивный, емкостный и резистивный элементы, т. е.параллельный контур может возникнуть резонанс токов.

При заданном напряжении питания  общий ток

i=Y  =— комплексная проводимость параллельного контура; где Y - полная проводимость контура.

При угловой частоте ωрез = l/ индуктивная bL == 1/ωL и емкостная Ьc = С проводимости параллельных ветвей одинаковые, аргумент комплексной проводимости цепи — φ равен нулю, полная проводимость контура минимальна: у = g и общий ток минимальный: Iрез = gU.

Режим параллельного контура, при котором сдвиг фаз между напряжением и общим током равен нулю, называетсярезонансом токов.

При резонансе действующие значения токов в индуктивном и емкостном эле­ментах одинаковые, а сдвиг фаз между токами равен π, так как ток в индуктивном элементе отстает от напряжения по фазе на угол л/2, а ток в емкостном элементе опережает напряжение на такой же угол π/2).

На рис. 2.49 показаны резонансные кривые параллельного контура. В емкост­ном элементе ток Iс возрастает пропорционально угловой частоте, в индук­тивном элементе ток lL обратно пропорционален угловой частоте, в резистивном элементе ток lr — U/r от угловой частоты не зависит. Точка пересечения кривых /с(ω) и JL (ω) соответствует резонансу токов, при котором I=Ir.

Если проводимость g резистивного элемента равна нулю, то и полная проводимость у цепи при резонансе равна нулю и общий ток иде­ального параллельного контура (ток источника) равен нулю, что эквивалентно размыканию цепи.

Последовательно с индуктивным элементом L может быть включен резистивный элемент rL, а последовательно с емкостным элементом С — резистивный элемент гс учитывающие, например, потери энергии в проводах. Условием резонанса токов в такой цепи будет равенство индуктивной и емкостной проводимостей этих ветвей.

И в этом случае при резонансе общий ток совпадает по фазе с напряжением. Отметим, что резонанс токов в отличие от резонанса напряжений — явление безопасное для электроэнергетических установок. Большие токи в ветвях при ре­зонансе токов возникают лишь в случае больших реактивных проводимостях ветвей, т. е. больших емкостей конденсаторов и малых индуктивностей катушек. Ничего неожиданного здесь нет, так как токи в обеих ветвях взаимно независимы и их зна­чения определяются (на основании закона Ома) приложенным напряжением.