Рисунок 6.22 – Логика

Взаимодействий в ад при увеличении частоты в судовой сети

Таким образом увеличение частоты в пределах, указанных в таблице Е1 приложения Е, для двигателя не опасно.

Уменьшение частоты прежде всего сопровождается снижением оборотов двигателя и уменьшением производительности исполнительного механизма. Кроме того, при уменьшении возрастает магнитный поток и не пропорционально (в соответствии с кривой намагничивания) увеличивается ток холостого хода. Допустимое по требованиям Морского Регистра снижение частоты составляет ± 5% . Большее снижение частоты, приводит к значительному увеличению тока холостого хода, который может стать больше номинального; при этом возрастают потери в двигателе, снижается К.П.Д., возрастает перегрев, двигатель выходит из строя.

Изменением часто регулируют скорость вращения судовых АД, для чего применяются специальные статические преобразователи частоты. В этих преобразователях наряду с изменением частоты регулируется и выходное напряжение, что позволяет по определенному закону изменять магнитный поток в двигателе. Чаще всего частоту и напряжение изменяют пропорционально, так что обеспечивается равенство при этом магнитный поток остается неизменным. Это хорошо видно из соотношения 6.55.

Механические характеристики АД при таком законе изменения показаны на рисунке 6.23,а. Такой закон регулирования применяется для электроприводов, имеющих .

Рисунок 6.23 - Механические характеристика АД при регулировании

по закону (а) и при регулировании по закону = const (б)

Многие судовые электроприводы (насосы, вентиляторы, ГЭД) имеют вентиляторный (квадратичный) момент сопротивления. Для этих электроприводов регулирование оказывается более экономичным при ином законе изменения U и f, а именно

=

Механические характеристики при таком регулировании показаны на рисунке 6.23,б.

6.6.6.4. Характер изменения тока статора ад при нагрузке

при одновременном изменении напряжения и частоты

Выше было отмечено, что при условии магнитный по

ток не изменяется и, следовательно, ток намагничивания также не изменяется. Означает ли это, что можно произвольно изменять частоту и напряжение (увеличивать или уменьшать их одновременно). Видимо нет. Ясно, что одновременное уменьшение напряжения и частоты приведет в конечном итоге к остановке двигателя, а увеличение - ограничено максимально допустимой частотой вращения ЭП.

Получим зависимости тока статора от частоты и напряжения при различных нагрузках на валу двигателя. Для этого воспользуемся упрощенной схемой замещения (рисунок 6.24).

Рисунок 6.24 - Упрощенная

схема замещения АД

В эту схему не включены индуктивные сопротивления x₁ и x₂', т.к. они много меньше сопротивления (при малых скольжениях), не включено и сопротивление , которое также много меньше . Ток является чисто индуктивным, а ток - чисто активным, т.е. они сдвинуты на 90° и поэтому справедливо уравнение

или (6.56)

Выше было установлено, что ток намагничивания увеличивается при снижении частоты сети f₁ и при увеличении напряжения U₁. Эта зависимость определяется характеристикой намагничивания, связывающей и . Кривую намагничивания приближенно можно апроксимировать квадратичной параболой, для которой справедливо соотношение

. (6.57)

Теперь получим зависимость тока от напряжения и частоты, для чего воспользуемся двумя соотношениями

cos и ,

которые вместе дают зависимость

M_эм = ,

oткуда = (6.58)

Подставив 6.57 и 6.58 в 6.56, получим искомую зависимость

. (6.59)

Как видно, ток статора при нагрузке сложным образом зависит от соотношения ; без расчетов, которые довольно сложны, или экспериментов, трудно сказать, что будет преобладать при изменении напряжения U и частоты f – ток или ток . Видимо по физическим соображениям можно предположить, что при малых нагрузках (M<0,5M_н) будет определяющим ток намагничивания , а при больших нагрузках – ток .

Исследования, проведенные на двигателях старых серий, показывют, что при неизменной частоте зависимость характеризуется кривыми, представленными на рисунке 6.25,а.

Это очень важные зависимости. Они показывают, что при работе двигателя при номинальной нагрузке (точка А) опасно как уменьшение, так и увеличение напряжения.

Однако, если нагрузка двигателя меньше номинальной (M=0,5M_н), то минимальное значение тока соответствует пониженному напряжению. Это показывает целесообразность управления двигателем в зависимости от величины нагрузки. Для этой цели в настоящее время в электроприводах все более широко применяют встроенные микропроцессоры.

Ясно видно также, что увеличение напряжения свыше 1,25U_н во всех случаях опасно из-за возможного перегрева обмотки статора. Следует также помнить, что снижение напряжения сопровождается снижением перегрузочной способности, а следовательно устойчивости работы АД.

Зависимости при неизменном напряжении показаны на рисунке 6.25,б.

Рисунок 6.25 - Зависимости тока статора АД от напряжения сети при f=Const (а)

и от частоты сети при U=Const (б)

В этом случае также при номинальной нагрузке (т.А) увеличение тока присходит при любом изменении частоты. Если нагрузка на валу двигателя меньше номинальной (например, M=0,5M_н), то минимальное значение тока статора достигается при некотором увеличении частоты. При этом снова следует вспомнить, что увеличение частоты обязательно сопровождается ростом оборотов двигателя, причем в зависимости от характера нагрузки будет изменяться (увеличиваться) момент на валу, что приводит к одновременному увеличению тока . Поэтому ток статора быстро увеличивается.

Если нагруженный двигатель питается от сети с одновременными отклонениями напряжения и частоты от номинальных значений, то анализ физических процессов аналогичен. Критерием допустимых отклонений и может быть принято выполнение неравенства

≡ ≤ ,

которое соответствует условию, что ток статора АД будет в допустимых пределах, если магнитный поток не превышает номинальной величины.

Если при снижении скорости вращения, которое происходит при уменьшении напряжения и частоты, момент сопротивления уменьшается ( ), критерий изменения U и f можно записать в виде