книги из ГПНТБ / Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие

Иногда при динамическом торможении применяют самовозбужде­ ние, то есть якорь, отключенный от сети,- замыкают на тормозное со­ противление, заставляя двигатель работать в режиме генератора

Рис. 94. Схемы включения и механические характеристики двигателя

споследовательным возбуждением.

ссамовозбуждением. При этом необходимо переключить концы обмоток якоря или возбуждения, тогда ток генераторного режима будет усили­ вать поток остаточного магнетизма, иначе самовозбуждения не про­ изойдет. При малых скоростях двигатель также не возбуждается. Начинаясь при некотором значении скорости, процесс самовозбужде­

200

ния происходит очень быстро, что вызывает скачкообразное нарастание тормозного момента; в результате этого механическая часть привода испытывает удар. Подобные явления обычно нежелательны, поэтому самовозбуждение применяют в случае аварийного торможения. Режим самовозбуждения не требует питания обмоток от сети.

15.7.РАСЧЕТ ПУСКОВОГО РЕОСТАТА ДВИГАТЕЛЯ

СПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Для расчета ступеней сопротивлений пускового реостата двигателя с последовательным возбуждением применяют обычно г р а ф и ч е ­ с к и е м е т о д ы . Одним из наглядных графических расчетов яв­ ляется построение пусковой диаграммы с помощью дополнительного графического построения зависимости скорости вращения от сопро­ тивления цепи якоря двигателя для двух значений тока, соответствую-

Рис. 95. Графический расчет пускового реостата двигателя с последо­ вательным возбуждением.

щих пусковым моментам. Эта зависимость п = f (R) при / = const, как было показано выше, представляет собой прямую линию.

Исходными данными для расчета, кроме универсальных харак­ теристик, служат те же данные, что и для двигателя с независимым возбуждением. Максимальный пусковой ток также определяется по условиям коммутации.

• П о р я д о к р а с ч е т а следующий. Строят естественную меха­ ническую характеристику двигателя и, выбрав пределы пусковых мо­ ментов Мх и М 2, проводят соответствующие им вертикальные линии (рис. 95). На чертеже слева от оси п строят две прямые А ХНХи А2Н2, выражающие зависимость п = f (R) для токов І х и / 2, соответствую­ щих пусковым моментам Мх и М 2. Каждую из этих прямых строят по

201

двум точкам. Для этого на оси абсцисс откладывают в выбранном

деляют, исходя из следующих условий. При неподвижном якоре, когда п — 0, ток / х определяется полным сопротивлением реостата

На естественной характеристике, когда сопротивление цепи якоря равно /?д, току / х соответствует скорость пѵ Таким образом, прямая АгН1будет построена по точкам: 1) п = О, R = г3; 2) п = пи R = RÂ.

Аналогично определяются точки для построения прямой А2Н2, выражающей зависимость п = f (R) при М2 = const. Координаты то­ чек А2 и Н2 соответственно: n = 0, R = r, п = п2, R = R a.

Разгон двигателя в процессе пуска при переходе с одной характе­ ристики на другую в координатах ^ и л изображается ломаной линией A^BCDЕ FНгН2, на основании которой построена пусковая диаграм­ ма в правой части чертежа. Если пределы Мг и М2 выбраны удачно, выключение последней ступени реостата в точке F (или /) должно соот­ ветствовать выходу двигателя на естественную характеристику с мо­ ментом М1; иначе расчет придется повторить, изменив значение М2. Отрезки ВС, DE, FH±определяют величину сопротивлений секций пу­ скового реостата соответственно: Ra, R2 и Rv

15.8. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА СО СМЕШАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

В двигателе со смешанным возбуждением для создания магнитного потока имеются две обмотки, одну из них включают последовательно с якорем, другая рассчитана на независимое подключение к сети. Обмотка независимого возбуждения создает постоянный магнитный поток, вследствие этого двигатель имеет скорость идеального холостого хода и может работать на холостом ходу. Последовательная обмотка

рости под нагрузкой и увеличению пускового момента. Таким образом, двигатели смешанного возбуждения приобретают электромеханические свойства одновременно двух видов двигателей: независимого и после­ довательного возбуждения.

В настоящее время с целью снижения веса, габаритов и расхода материалов почти все электродвигатели работают с насыщенным магнитопроводом. Поэтому механические характеристики двигателей смешанного возбуждения (как и последовательного) не имеют анали­ тического выражения и для них также существуют универсальные ха­

202

рактеристики п — f (/ я) и М = / (/я), построенные в относительных или абсолютных единицах.

Вид механических характеристик двигателя смешанного возбужде­ ния зависит от соотношения м. д. с., создаваемых каждой обмоткой.

Рис. 96. Схема включения и механические характеристики двигателя со смешанным возбуждением.

Чем больше влияние последовательной обмотки, тем характеристики мягче (рис. 96).

Наличие у двигателя скорости идеального холостого хода создает возможность перехода в г е н е р а т о р н ы й р е ж и м т о р м о ­ ж е н и я с отдачей энергии в сеть. Однако при достижении скорости, превышающей скорость идеального холостого хода, э. д. с. стано­ вится больше напряжения сети, и ток изменяет направление. В ре­ зультате последовательная обмотка будет оказывать размагничиваю-

203

щее действие, и тормозной момент будет, несмотря на большую скорость и ток, незначительным. Поэтому при переходе в генераторный режим последовательную обмотку закорачивают или отключают. Механиче­

ские характеристики, вместо круто поднимающихся вверх, становятся прямолинейными.

В р е ж и м е э л е к т р о д и н а м и ч е с к о г о т о р м о ­ ж е н и я последовательная обмотка будет также размагничивать по­ люса, если направление вращения не изменилось (по отношению к дви­ гательному режиму). Для получения достаточного тормозного момента требуется значительная скорость вращения. При переключении об­ мотки или изменении направления вращения в динамическом режиме тормозной момент нарастает значительно быстрее. Однако переключе­ ние обмотки и реверсирование усложняют схему управления, поэтому последовательную обмотку обычно также закорачивают и работают на прямолинейных характеристиках.

Р е ж и м п р о т и в о в к л ю ч е н и я осуществляется, так же как у двигателей с последовательным возбуждением, введением боль­ шого сопротивления в цепь якоря в приводах машин с потенциальными статическими моментами (подъемные лебедки, краны).

Построение механических характеристик и расчет пусковых со­

противлений производят обычно графическими методами с помощью универсальных характеристик.

15.9.МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ДВИГАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ

Асинхронные бесколлекторные электродвигатели из-за простоты конструкции, надежности, высокого к. п. д. и сравнительно низкой стоимости получили самое широкое распространение в промышлен­ ности и в сельском хозяйстве. Основными типами асинхронных дви­ гателей являются трехфазные двигатели в двух исполнениях: с корот­ козамкнутой обмоткой ротора и с фазной обмоткой ротора. Ведущее место в электроприводах занимают двигатели с короткозамкнутым ротором. Достаточно сказать, что почти 90% электроприводов, рабо­ тающих в сельскохозяйственном производстве, оснащены трехфаз- н ы ы і двигателями серий А и А2 с короткозамкнутым ротором

В отличие от двигателей постоянного тока магнитный поток возбудения трехфазного двигателя создается переменным током обмоток и является вращающимся. Появление в обмотке ротора э. д. с. и тока

кйгтнД0ВаТеЛЬН0’ И вращающего момента на валу возможно, как из-. J ™ ’ только при наличии разности между скоростью вращения маг-

Г Г я П0ЛЯ И СКоростью нрнщения ротора. Эту разность выражают обычно в относительных единицах, принимая за основную единицу

жениемННУЮСК°Р°СТЬ вРащения магнитного поля со0, и называют сколы

Ж е п И ш

Шо —<а

со„ ’

где со — скорость вращения ротора.

204

Механические характеристики асинхронного двигателя строят в виде зависимости скольжения от развиваемого двигателем момента s = / (М) при постоянной величине напряжения и частоты питающей

ной фазы двигателя при соединении обмоток статора и ротора в «звез­ ду». На эквивалентной схеме (рис. 97) магнитная связь между обмот­ ками статора и ротора заменена электрической, а ток намагничивания и соответствующие ему индуктивное и активное сопротивления пред­ ставлены в виде независимого контура, включенного на напряжение сети. Параметры обмотки ротора (индуктивное х2 и активное г2 сопро­ тивления и ток ротора і ')і приведены к виткам обмотки статора и к ре­

На основании закона Джоуля — Ленца мощность, подводимая из сети, в цепях схемы расходуется так:

в намагничивающем контуре и в обмотке статора, а третий член пред­ ставляет собой электромагнитную мощность, передаваемую ротору вращающимся магнитным полем:

Электромагнитная мощность двигателя с числом фаз т на основа­ нии выражения (15-45) равна:

205

Электромагнитную мощность вращающегося со скоростью со0 поля можно представить в следующем виде:

отсюда электромагнитный момент:

Рис. 98. Механическая характеристика В момент включения, когда скорость

(1о-о2), зависит от квадрата подводимого к статору напряжения. От­

Для двигателей с короткозамкнутым ротором серий А и А2 коатность пускового момента составляет: А* = 1,0 ч - 2,0. В процессе раз­ гона с увеличением скорости вращения скольжение уменьшается момент двигателя вначале возрастает, а затем, достигнув максимальной Г ™ н ы при скольжении а. = 0,12 н- 0,20. начнет уменьшаться^ „“ рЦ

206

Для определения скольжения sK, при котором момент становится максимальным, берут производную по s от выражения (15-51) за­ висимости М = f (s) и приравнивают ее к нулю. Проделав несложные математические операции, в конечном результате получим:

г'.

Величину sKи соответствующий ей максимальный момент Мк на­

Для определения максимального момента М к подставим значение

Знак плюс в выражениях (15-53), (15-54), (15-55) соответствует положительной скорости вращения ротора, то есть режимам двигатель­ ному и противовключения. Знак минус означает работу двигателя в генераторном режиме с отдачей энергии в сеть. Нетрудно заметить, что абсолютная величина максимального момента Мк в генераторном режиме будет больше, чем в двигательном. Кроме того, максимальный момент пропорционален квадрату подведенного к статору напряже­ ния, не зависит от активного сопротивления ротора и уменьшается

сувеличением хк и гх.

Вформуле зависимости электромагнитного момента от скольжения имеются величиныrj, хъ хъ которые в справочниках не приводятся. Чтобы получить удобное для практического построения характери­ стики выражение, разделим (15-51) на (15-55):

+ Т

Полученное уравнение (15-56) справедливо для рабочей (устойчи­ вой) части механической характеристики в пределах от s = 0 до s = sK. При построении нижней части характеристики из-за принятого допущения гх = 0 уравнение не дает достаточной точности, поэтому величину пускового момента принимают по известной из каталога

207

кратности начального момента. Величину максимального момента М определяют по перегрузочной способности — кратности максималь­ ного момента Як, которую берут из справочника. Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором серий А и А2 кратность мак­ симального момента составляет

Ввиду отсутствия в справочниках данных о критическом скольже­

нии его определяют по известной величине номинального скольжения и кратности максимального момента:

Для асинхронных двигателей с нормальной беличьей клеткой, имею­ щих sK= 0,15 0,30, критическое скольжение определяют, используя

известную величину кратности начального (пускового) момента по формуле:

Рабочий участок механической характеристики (рис. 98) доя » 1 5s практически является прямой линией. В формуле (15-56) в указанных

пределах скольжения величина^ больше в 8—10 раз величины —.

Следовательно, — можно пренебречь, тогда выражение механической характеристики приобретает вид уравнения прямой:

характеристики в установившемся режимедвигатель практически не ра-

3 только Разгоняется при пуске и останавливается (опрокиды­ вается) при перегрузке, когда статический момент нагрузки превысит

максишльньш момент. Остановка двигателя с короткозамкнуТьш

ия Ртак жГ ™ЛтШ нодаеденного к статору номинального напряже­ ния, так же как и во время пуска, когда скольжение s = 1 соответ­

ствует режиму короткого замыкания. Режим короткого замыкания сопровождается увеличением токов в обмотках статора и ротора ко торые превышают номинальные в 5 - 7 раа. В таком режикТиботы двигатель может работать весьма непродолжительное время.

И с к у с с т в е н н ы е м е х а н и ч е с к и е х а р а к т е р и - с т и к и а с и н х р о н н о г о д в и г а т е л я понущкхг „рѴ на-

208

пряжении и частоте тока питающей сети отличных от номинальных, а также при введении добавочных сопротивлений в цепь ротора. Ча­ стота тока питающей сети является обычно одним из стабильных ее параметров, а при изменении напряжения сети характеристики дви­ гателя могут быть подсчитаны исходя из того, что развиваемый двига-

. Рис. 99. Механические характеристики асинхронного двигателя с фаз­ ным ротором в двигательном и тормозных режимах.

телем момент Пропорционален квадрату приложенного напряжения (критическое скольжение при этом не изменяется).

Включение добавочных сопротивлений в цепь ротора является

209