Электротехника и электроника
..pdf
Рис. 3.27. Схема пуска двигателя при введении в цепь ротора добавочных активных сопротивлений (а) и механические характеристики АД (б): 1 – К1 и К2 замкнуты, RД = 0;
2 – К1 разомкнуты, К2 – замкнуты, Rд = Rд2; 3 – К1 и К2
разомкнуты, Rд = Rд1 + Rд2
3.2.10. Двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками
Такие двигатели имеют короткозамкнутый ротор особой конструкции, что позволяет при их пуске получить те же эффекты, что и при пуске двигателей с фазным ротором при введении в цепь роторадобавочных сопротивлений.
Двигатель с двойной «беличьей клеткой» (рис. 3.28). В ро-
торе имеются две обмотки типа «беличья клетка». У обмотки 2 меньшее активное сопротивление по сравнению с обмоткой 3.
При пуске двигателя частота тока ротора и его индуктивное сопротивление максимальны. В этот момент распределение токов по обмоткам определяется индуктивными сопротивлени-
91
Рис. 3.28. Конструкция двигателя с двойной «беличьей клеткой»:
1 – ротор; 2, 3 – обмотки; 4 – статор
Рис. 3.29. Конструкция двигателя
сглубоким пазом: 1 – ротор; 2 – статор; 3 – стержень
ями. Поскольку X L3 < X L 2 , то
ток вытесняется в обмотку 3, обладающую повышенным R3 . После разгона двигателя
частота тока в роторе во много раз уменьшается и, следовательно, уменьшается X L ,
и индуктивное сопротивление уже не влияет на распределение токов в обмотках. Поскольку R3 > R2 , то больший
ток будет протекать по обмотке 2. Таким образом, при пуске работает обмотка 3, обладающая повышенным R, а после разгона – обмотка 2, обладающая пониженным R. Это равносильно тому, что на время пуска в цепь ротора включают добавочное сопротивление.
Двигатель с глубоким
пазом (рис. 3.29). Во время пуска двигателя происходит вытеснение тока в верхнюю часть сечения стержня. Поскольку
ток течет не по всему сечению, а по его части, то сопротивление обмотки возрастает.
После пуска частота тока в роторе значительно уменьшается, следовательно, вытеснение тока не происходит и ток течет по всему сечению обмотки, т.е. уменьшается R. Эффект тот же, что и у двигателя с двойной «беличьей клеткой».
92
3.2.11. Способы регулирования скорости АД
Преобразуем выражение для скольжения:
S = |
n0 − n2 |
n2 |
= n0 (1 − S ) ; n2 |
= 60 f |
(1 − S ) |
, |
n0 |
|
|||||
|
|
|
|
p |
||
где р – число пар полюсов.
Согласно полученному выражению возможны следующие способы регулирования скорости n2:
–регулирование скорости за счет изменения числа пар полюсов;
–изменением частоты тока;
–введением в ротор добавочных сопротивлений.
Регулирование скорости за счет изменения числа пар по-
люсов (рис. 3.30). Число пар полюсов p = k ; где k – количество |
|||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
катушек в статоре. |
|
|
|
||||
|
Обмотки в статоре делятся на полуобмотки, которые |
||||||
включаются либо последовательно, либо параллельно. За счет |
|||||||
этого |
изменяется |
число |
n |
p = 1 |
|||
пар полюсов и, следова- |
3000 |
||||||
тельно, скорость вращения |
n1 |
|
|||||
магнитного поля и ско- |
p = 2 |
|
|||||
рость ротора: |
P ↑ |
n2 ↓ . |
1500 |
|
|||
|
Недостатки |
этого |
n2 |
|
|||
|
|
|
|||||
метода: |
|
|
|
|
|
||
|
– усложняется |
кон- |
M C |
M |
|||
струкция двигателя; |
|
||||||
|
– возможно |
только |
Рис. 3.30. Механические |
||||
ступенчатое |
регулирова- |
||||||
характеристики двигателя при |
|||||||
ние в сторону уменьшения |
регулировании скорости за счет |
||||||
скорости от 3000 об/мин. |
изменения числа парполюсов р |
||||||
|
|
|
|
|
|
93 |
|
Регулирование скорости за счет изменения частоты пи-
тающего напряжения (рис. 3.31). Изменение частоты питающего напряжения приводит к изменению скорости вращения магнитного поля n0, а следовательно, и скорости ротора:
f ↑ n2 ↑ .
Метод позволяет плавно регулировать частоту вращения ротора в широких пределах.
Рис. 3.31. Структурная схема (а) и механические характеристики АД (б) при регулировании скорости изменением частоты сети (ЧП – частотный преобразователь)
Недостаток метода – необходимость применения дорогостоящего частотного преобразователя.
Регулирование скорости за счет введения в цепь ротора добавочных сопротивлений (рис. 3.32). В цепь фазного ротора вводятся добавочные сопротивления Rд (как при пуске).
↑ Rд ↓ n.
Метод позволяет плавно регулировать скорость в сторону ее уменьшения.
Рис. 3.32. Механические характеристики двигателя при регулировании скорости введением в цепь ротора RД
94
Недостаток метода – большие потери энергии в добавочных активных сопротивлениях.
Вывод: плавное регулирование скорости в широких пределах в асинхронных двигателях затруднительно, что является основным недостатком асинхронных двигателей.
3.2.12. Тормозные режимы работы АД
Тахограмма работы электропривода представлена на рис. 3.33, где I – разгон; II – время технологической операции; III – торможение.
Рис. 3.33. Тахограмма работы электропривода
Чем меньше время разгона и торможения, тем выше производительность труда.
n, |
S |
|
|
|
|
1 |
|
ΙΙ 1 |
Ι |
M |
|
M C ΙΙΙ |
IV |
||
M C |
2
Рис. 3.34. Тормозныережимы работы: 1 – естественная характеристика; 2 – реостатная характеристика
В тормозных режимах момент, развиваемый двигателем, направлен против вращения, т.е. скорость и момент должны иметь на графиках разные знаки.
На рис. 3.34 представлены механические характеристики АД при работе вдвигательном режиме (квадрант I) и в тормозных режимах (квадранты II и IV).
95
1.Генераторное торможение (квадрант II). За счет внешних сил достигается n2 > n0 и возникает тормозной момент.
2.Торможение противовключением (квадрант IV). Направления вращения магнитного поля и ротора противоположны. Может создаваться введением в цепь ротора добавочного сопротивления (например, при спуске груза краном) или изменением направления вращения магнитного поля. В этом случае двигатель развивает тормозной момент.
Существует также режим динамического торможения. При этом двигатель отключают от сети переменного тока и подключают под постоянное напряжение. Постоянный ток создает неподвижное магнитное поле. По закону электромагнитной индукции во вращающемся роторе возникают ЭДС и ток, а также согласно принципу Ленца – сила, тормозящая движение ротора.
3.2.13. Энергетические характеристики АД
Важными характеристиками АД являются зависимости КПД и коэффициента мощности от коэффициента загрузки
β= Рвала (рис. 3.35).
Рном
cos(ϕ ) |
1 |
cos(ϕ ) |
КПД
|
КПД |
cos (φ) = |
P |
= |
P |
|
1 |
1 |
|||
|
S1 |
P12 + Q12 |
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
0 |
β |
Рис. 3.35. Зависимость КПД и коэффициента мощности от коэффициента загрузки
КПД = |
|
|
|
|
Pвала |
|
|
|
. |
P |
+ ∆ P |
+ ∆ |
P |
+ ∆ |
P+ ∆ |
P+ ∆ |
|
||
|
P |
||||||||
|
вала |
обм1 |
обм2 |
мех |
ст1 |
ст2 |
|||
96
3.2.14. Однофазный АД
Пусть в статоре асинхронного двигателя имеется одна обмотка. Рассмотрим создаваемый ею магнитный поток (рис. 3.36).
Одна обмотка создает магнитный поток Ф, вектор которого направлен по оси обмотки. Длина вектора изменяется по синусоидальному закону Ф = Фm sin (ωt ).
Рис. 3.36. Двигатель с одной обмоткой в статоре (а) и магнитный поток в ней (б)
На рис. 3.36, б представлены два вектора магнитных потоков Ф1 и Ф2, вращающихся в противоположные стороны со скоростью ω, и вектор суммарного потока Ф. Из анализа рисунка имеем Ф = 2Ф2 cos α = Фm sin (ωt ) , т.е. пульсирующий по сину-
соидальному закону магнитный поток, создаваемый одной катушкой, можно разложить на два вращающихся в противоположные стороны магнитных потока.
Это позволяет представить двигатель с одной обмоткой в статоре как два одинаковых трехфазных асинхронных двигателя, имеющих общий вал и вращающихся в противоположные стороны (рис. 3.37, а). Результирующий момент M = M1 + M2
(рис. 3.37, б).
Двигатель c одной обмоткой не развивает пускового момента. Для запуска этот двигатель нужно сначала принудительно раскрутить.
Схема однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой представлена на рис. 3.38.
97
Рис. 3.37. Модель двигателя с единой обмоткой (а), его момент (б) и механическая характеристика (в)
Рис. 3.38. Схема включения обмотки АД (а), векторная диаграмма (б) и механическая характеристика двигателя (в)
Впусковой обмотке ёмкость подбирают так, чтобы угол
φ≈ 90° . Это необходимо для создания вращающегося магнит-
ного поля.
Во время пуска пусковая обмотка подключена и создаётся вращающееся магнитное поле. После пуска пусковая обмотка отключается. Разновидностью являются конденсаторные двигатели, у которых пусковая обмотка не отключается.
98
Тесты по теме «Асинхронный двигатель»
1.В трехфазном асинхронном двигателе магнитное поле, создаваемое статором:
1) однородное; 2) пульсирующее; 3) вращающееся.
Укажите правильный ответ.
2.Какие проблемы приходится решать при пуске асинхронного двигателя? Укажите правильный ответ.
1) малый пусковой ток и малый пусковой момент;
2) большой пусковой ток и большой пусковой момент;
3) малый пусковой ток и большой пусковой момент;
4) большой пусковой ток и малый пусковой момент.
3.Для асинхронного двигателя построены две механиче-
ские характеристики при сопротивлениях в цепи ротора R21 и R22. Как соотносятся эти сопротивления? Укажите правильный ответ.
1) R21 > R22; 2) R21 = R22; 3) R21 < R22.
4.Каким из перечисленных способов можно плавно регулировать скорость вращения асинхронного двигателя при неизменном моменте сопротивления? Укажите правильный ответ.
1) изменением числа обмоток статора;
2) изменением частоты питающего напряжения;
3) изменением числа пазов в роторе.
5.Как изменяется ток, потребляемый из сети, при прямом пуске асинхронного двигателя по мере его разгона? Укажите правильный ответ.
99
1)по мере разгона двигателя ток растет;
2)по мере разгона двигателя ток уменьшается;
3)по мере разгона двигателя ток не изменяется.
6. Механическаяхарактеристикадвигателя– этозависимость:
1) |
I = f (U ); |
2) n = f (M ); |
3) |
КПД = f (β); |
4) Uвых = f (Uвх ). |
Укажите правильный ответ.
7. В какой из точек механической характеристики асинхронного двигателя он развивает пусковой момент? Укажите правильный ответ.
1) a; |
2) b; 3) c; |
4) d. |
8.Как изменяется скорость вращения магнитного поля двигателя при увеличении числа пар полюсов в статоре? Укажите правильный ответ.
1) не изменяется;
2) увеличивается;
3) уменьшается;
4) сначала увеличивается, потом уменьшается.
9.От чего зависит скольжение в асинхронном двигателе? Укажите правильный ответ.
1) от типа подшипников;
2) от температуры ротора;
3) от соотношения скоростей поля и ротора.
100