книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

а критический момент остается неизменным. Из (2-53) следует, что с увеличением R'm пропорционально растет и критическое скольжение, т. е.

где sK.в — критическое скольжение на естественной харак­ теристике.

При постоянном значении тока Г2, как это следует из (2-50), между скольжением и сопротивлением ротор­ ной цепи существует линейная зависимость

где

У (иф/Г2)2- ^ - я х

Подставляя в (2-49) значение s по (4-11), находим:

м = Ш = - « ; r i W w # - - * J-

Из полученного выражения следует, что при постоян­ ном значении 1'2момент асинхронного двигателя М = const п не зависит от сопротивления цепи ротора, а значит, и от скорости. В частности, при 7* = I'iH

м — Ми,

ЛУдоп ” щ А

т. е. при регулировании скорости асинхронного двига­

и равным номинальному.

Из (4-11) и (2-49) следует и другой вывод: при реостат­ ном регулировании угловой скорости асинхронного дви­ гателя путем изменения сопротивления в роторе для од­ ного и того же значения тока ротора, а значит, и момента

R'iai И R anil-

170

В частности, для номинального момента на валу можно записать:

где s„ е, sHп — скольжение при поминальном моменте на валу на естественной и искусственной рео­ статной характеристиках.

Рабочий участок механической характеристики асин­ хронного двигателя может быть выражен уравнением

странить полученные ранее выводы для двигателя постоян­ ного тока независимого возбуждений о характере изме­ нения регулировочных сопротивлений, жесткости меха­

гулирование скорости которого осуществляется измене­ нием симметричных сопротивлений в цепи ротора.

Анализ выражения для коэффициента мощности ро­ тора асинхронного двигателя (2-69) совместно с (4-11) и (4-13) позволяет установить, что при реостатпом регули­ ровании скорости в случае постоянного момента коэф­ фициент мощности цепи ротора остается* неизменным. Следовательно, не изменяется и коэффициент мощности двигателя — см. (2-70).

Следует также подчеркнуть, что в отличие от двига­ телей постоянного тока в рассматриваемом случае необ­ ходимо' осуществлять регулирование сопротивлений од­ новременно в трех цепях. Это означает, что при переклю­ чении ступеней скорости с помощью контакторов необ­ ходимы аппараты,' имеющие не менее двух пар контактов

(см. рис. 4-6, б).

На рис. 4-7, а показана схема регулирования угловой скорости асинхронного двигателя путем изменения сим-

171

метричных сопротивлений в цепи статора. Этот способ применяется для двигателей с короткозамкнутым ротором и позволяет осуществить регулирование скорости в зоне низке основной скорости. Из (2-53) и (2-54) следует, что при введении симметричных добавочных сопротивлений

участка механической характеристики двигателя, как

б)

I ___ ][___ I

*)

Рис. 4-7. Схемы включения резисторов в цептг статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

а — плавное регулирование сопротивлений; 6 — ступенчатое регулирование сопротивлений; в — сопротивления включены в разрыв нулевой точки звезды обмоток.

рее, чем критическое скольжение, что приводит к сниже­ нию модуля жесткости рабочего участка механических характеристик.

Очень важным вопросом для рассматрпваемого способа регулирования является определение допустимых нагру­ зок двигателя при изменении скорости. Это связано прежде всего с тем, что в данном случае потери скольжения вы­ деляются только в самой электрической машине, тогда как при изменении сопротивления в цепи ротора часть потерь скольжения, пропорциональная величине этого сопротивления, выделяется вне объема двигателя во внеш­ них регулировочных резисторах. Полагая, как и прежде, что 7адоП= Гт, находим из (2-49):

172

или

Мдоп= Мн 2 ? = ^ . (4-lJ5a)

Зависимость Маоп (со) показана на рис. 4-8 пунктир­

ной линией.

Из полученных выражений следует, что с уменьше­ нием скорости значительно снижается величина допусти­

173

Подставляя последнее выражение в (4-15), находим также

Следовательно, с ростом регулировочного сопротивле­ ния Rin при одном и том же скольжепии снижается к. п. д.

Коэффициент мощности цепей ротора и соответственно статора с ростом R in при одном и том же скольжении, как это следует из (2-69) и (2-70), несколько возрастает.

Для переключения ступеней сопротивлений по схеме рис. 4-7, б должны использоваться трехполюсные контак­ торы. При включении обмотки статора в звезду по схеме рис. 4-7, в могут применяться двухполюсные контакторы.

174

Б сплу отмеченных выше недостатков регулирование скорости асинхронных двигателей путем изменения ак­ тивных сопротивлений в цепи его статора используется относительно редко. Такие схемы чаще используются для ограничения пусковых токов и моментов асинхрон­ ных двигателей с короткозамкнутым ротором.

4-3. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЕМ РЕАКТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Регулирование скорости с помощью реактивных сопротивлений возможно как для двигателей постоянного, так и переменного тока, причем для первых эта возможность может быть реализована в слу­ чае питания их отсети переменного тока через неуправляемые выпрямители. Однако практически этот метод регулирования используется главным образом для асинхронных двигателей.

Возможность использования переменного реактивного сопро­ тивления для регулирования скорости асинхронного двигателя следует нз анализа выражений (2-53) и (2-54) для критических скольжения п момента. С увеличением индуктивных сопротивлений в цепях статора или ротора уменьшаются значения % и М к. Регули­ рование скорости в этом случае осуществляется в зоне, лежащей ниже основной скорости.

Индуктивные добавочные сопротивления могут включаться в цепи статора или цепи ротора аспнхроппого двигателя. При этом, как следует из (2-53) п (2-54), результат будет аналогичным, если включение добавочного индуктивного сопротивления приводит к одинаковому измепеншо индуктивного сопротивления схемы замещения двигателя.

Включение последовательно с двигателем дополнительных индуктивных сопротпвлешш приводит к снижению коэффициента мощности, так как увеличивается потребление реактивной энергии пз сети. В отпошеппн потерь энергии скольжения Р2 = Afco0.s данный способ регулирования будет иметь такие же показатели, как и при регулировании скорости асинхронных двигателей путем изменения активного сопротивления в цепи статора. Следовательно, диапазон регулирования скорости и в этом случае оказывается ограниченным. Однако при регулировании этим способом скорости аеннхроппых двигателей с фазным ротором можно расширить диапазон регулирования путем введения в цепь ротора добавочных активных сопротивлений. В этом случае часть потерь скольжения рассеивается вне объема электрической машины, что позволяет увеличить допустимое скольжение и тем самым уменьшить значение нижней скорости при регулировании.

Сопоставлеиие данного способа регулирования скорости асин­ хронных двигателей с реостатным показывает, что он не обладает какими-либо преимуществами, если в качестве добавочных индук­ тивных сопротивлений используются обычные реакторы. Сущест­ венное достоинство рассматриваемого способа заключается в воз­ можности применения плавно регулируемых индуктивных сопротив­ лений — подмагнпчиваемых дросселей насыщения пли магнитных усилителей. В этом случае возможно практически бесступенчатое

175

регулирование скорости без применения контакторной аппаратуры в главных цепях.

Обычно с целью регулирования скорости асинхронных двигате­ лей используются трехфазные дроссели насыщения либо симметрич­ ные однофазные с одновременным одинаковым управлением. В пос­ леднем случае три одинаковых дросселя насыщения оказываются эквивалентными одному трехфазному. Дроссели насыщения бывают двух типов: без самоподмагннчнваппя и с самоподмагнпчнванисм. Как правило, они включаются последовательно с обмоткой статора двигателя. В случае включения дросселя в цепь ротора при работе двигателя с малыми скольжениями, т. е, при малой частоте /а = sflt дроссель почти полностью теряет свойство управления.

'-Чу

Рнс. 4-10. Схемы включения трехфазных дросселей на­ сыщения в цепи статора асинхронного двигателя.

а —дроссель без самоподмагпичивания; б — дроссель с самоподмапшчшзапис.ч.

На рнс. 4-10 показаны схемы включения дросселей насыщения в цепи обмоток статора асинхронных двигателей. Увеличение тока подмагничнвання / п приводит к уменьшению индуктивного сопро­ тивления дросселя и, наоборот, снижения тока подмагинчнваинн вызывает увеличение индуктивного сопротивления, включенного последовательно в цепи статора двигателя. Сопротивление управляе­ мого дросселя зависит нс только от тока подмагничнвання, но и от тока нагрузки. Это следует из аналпза-йольт-ампериых характерис­ тик дросселей насыщения, показанных на рис. 4-11.

Дроссели насыщения без самоподмагпичивания (рис. 4-10, я) по своим свойствам близки к источникам тока. Действительно, при неизменном токе подмагничнвання ток в дросселе, а следова­ тельно, и включенном последовательно с ним двигателе остается почти неизменным при изменении напряжения в относительйо широ­ ких пределах, что следует из кривых па рис. 4-11, а. Дроссели же с самоподмагничиваннем (рис. 4-10, б) близки по своим свойствам к источникам напряжения, так как при изменении тока в их рабочих обмотках напряжение на нагрузке практически не изменяется (рис. 4-11, б). Следовательно, в первом случае механические харак-

176

терпстпкп асинхронного двигателя при разных значениях тока подмагничпвания в соответствии с (2-49) будут содержать участки, близкие к гиперболе (рнс. 4-12, а). При регулировании же скорости

С/д ц, -Сд-Н — фазные значения напряжения и тока обмоток дрос­

селя, /щ < 1П2 < Спз ...

с помощью дросселей с самоподмагнпчиванпем механические харак­ теристики будут близки по виду к характеристикам, получаемым в схемах с регулируемым источником напряжения (см. § 5-5) —

рис. 4-12, б.

Рис. 4-12. Механические характеристики асинхрон­ ного двигателя при регулировании его скорости дрос­ селем насыщения.

а — без самоподмагничпвания; б — с самоподмагничинаняем;

■Cnl < ^п2 < Jn3-

Анализ механических характеристик на рнс. 4-12 показывает, что со снижением тока подмагничиванпя уменьшается и модуль жесткости механических характеристик. Следует отметить, что участки характеристик с отрицательной жесткостью тем шире, чем больше сопротивление цепи ротора. Кроме того, при введении доба-

' 177

вочного сопротивления в ротор часть потерь -скольжения выделяется впе двигателя, что, в свою очередь, позволяет расширить диапазон регулирования скорости. Одиако следует помнить о том, что с уве­ личением RiS снижается модуль жесткости основной механической

характеристики (при U = Uu), а значит, и сужаются возможности регулирования угловой скорости. Практически, если не принимать специальных мер, диапазон регу­ лирования рассматриваемым спосо­ бом пе превышает 1,3—1,5.

В асинхронных электроприводах, управляемых с помощью дросселей насыщепия, можно получить более жесткие механические характеристики, чем характеристики, показанные па рнс. 4-12, если с изменением нагрузки на валу двигателя соответствующим образом изменять управляющий сигнал — ток подмагипчпванпя. Из анализа характеристик на рнс. 4-12 можно заключить, что для поддержания примерного постоянства скорости при возрастании момента статической нагрузки необходимо увеличивать ток подмагтгчиванпя, а при снижении момента — соответственно уменьшать / п. Так как мощность источника, необходимого для питания обмоток подмагннчпвания, во много раз меньше мощности двигателя, то реализация указанного принципа изменения управляющего сигнала, как правило, пе вызывает затруднений.

Практически момент статической нагрузки оценивают косвен­ ным методом: по току п напряжению двигателя, а иногда и по величине отклонения скорости двигателя от заданной. Па рис. 4-13 показан примерный впд механических характеристик асинхрон­ ного двигателя, регулируемого дросселем насыщения, ток подмагппчпвапия которого увеличивается при снижении скорости вращения

178

по сравнении) с заданной. В подобного рода схемах диапазон регу­ лирования может быть расширен до 8 —10.

Оценивай экономические показатели рассматриваемого способа регулирования скорости асинхронных двигателей, следует отметить, что в этом случае к. н. д. электропривода остается примерно таким же, как и при реостатном регулировании, тогда как коэффициент мощности заметно снижается. Значительно увеличиваются капиталь­ ные затраты. Если при анализе реостатных способов регулирования обычно не принимают во внимание стоимость резисторов по срав­ нению со стоимостью двигателя, то в данном случае этого делать нельзя, так как габариты, масса и стоимость дросселя насыщения сопоставимы с аналогичными показателями для двигателя. Наконец, следует учитывать, что в силу ограничения допустимой нагрузки на валу в соответствии с (4-15) обычно приходится завышать номи­ нальную мощность двигателя по сравнению с мощностью производ­ ственного механизма.

Для регулирования.угловой скоростп асинхронных двигателей могут использоваться не только индуктивные реактивные сопротив­ ления, но и емкостные. На рис. 4-14 показана схема включения асинхронного двигателя с колебательным контуром в роторе. Основным регулирующим элементом в этой схеме по-прежнему является управляемый дроссель насыщения. Изменение его индук­ тивного сопротивления приводит к изменению резонансной частоты колебательного контура, образуемого всеми индуктивностями в цепи ротора и конденсаторами С. В цепи ротора включены также добавочные резисторы Л2П, необходимые для рассеяния части по­ терь скольжения пне объема двигателя.

Основным доетшшетвом данного способа регулирования явля­ ется возможность получения относительно жестких механических характеристик двигателя при скоростях существенно ниже синхрон­ ной. Это объясняется тем обстоятельством, что при частотах, близких к резонансной, изменение скольжения п соответствен по частоты приводит к резкому изменению тока ротора; а следовательно, н момента двигателя.

При анализе работы схемы пренебрежем влиянием падения напряжения в цепи статора двигателя. Тогда ток ротора в рассмат­ риваемой схеме может быть выражен следующим образом:

цепи ротора при частоте сети, равное сумме индуктивных сопротивлений рассеяния об­ мотки ротора п дросселя насыщения при той же частоте;

хс — емкостное сопротивление конденсаторов,

включенных в фазу ротора при частоте сети.

179