книги из ГПНТБ / Тасбулатов Х.Т. Электропривод в сельском хозяйстве
.pdfстановится больше приложенного напряже ния U. Направление тока в якоре меняется, поэтому момент, создаваемый двигателем, становится тормозным. Последнее становится очевидным из равенства:
г _ |
U - E |
E - U |
” |
и ~ |
я ; |
Двигатель, работая в этом режиме, не потреб ляет, а отдает энергию в сеть. Такое торможе
ние чаще всего применяется в |
транспортных |
и подъемных электроприводах. |
Оно может |
быть получено, например, у электровоза под весной дороги при движении поезда под уклон, если не применять механического тормоза, снижающего скорость движения.
Динамическое торможение нлп торможение включением внешнего сопротивления примени мо для всех двигателей постоянного тока (рис. 8а, б, в). При отключении якоря двига теля от сети под действием сил инерции якорь продолжает вращаться. Машина работает как генератор и создает тормозной момент. Чем меньше величина включаемого сопротивления, тем быстрее будет торможение, так как значе ние тока и тормозного момента будет больше.
Торможение противовключеннем (противо током) может быть получено тем же способом, как и реверсирование, если необходимые переключения выполнять во время работы двигателя. Для ограничения токов, которые могут достигнуть недопустимо большой вели чины, равной (20 -г40)/н, в цепь якоря вводят ся при торможении дополнительные сопротив ления. В момент остановки двигатель отклю
20
чается от сети, так как в противном случае якорь может начать вращаться в противопо ложном направлении (рис. 9).
Из всех трех тормозных режимов останов ка двигателя достигается при динамическом торможении и торможении противовключеннем. В последнем случае двигатель должен быть отключен от сети в соответствующий мо мент времени. При генераторном торможении скорость вращения вала двигателя всегда вы ше скорости идеального холостого хода.
Механические характеристики трехфазных асинхронных электродвигателей
Асинхронные электродвигатели по своему устройству делятся на трехфазные асинхрон ные двигатели с короткозамкнутым ротором и трехфазные асинхронные двигатели с фаз ным ротором (контактными кольцами).
Скорость вращения ротора асинхронных двигателей зависит от его нагрузки и частоты тока сети и всегда меньше скорости вращения магнитного поля
60 • /
щ (14)
Р '
где П\— скорость вращения магнитного поля, или синхронное число оборотов,
f — частота переменного тока, р — число пар полюсов.
Для асинхронного двигателя характерной величиной является скольжение, показываю
21
щее, насколько ротор отстает в своем враще нии от вращающегося магнитного поля. Вели чина скольжения
где п —- число оборотов |
ротора двигателя |
|||
(асинхронная скорость) в об/мин. |
||||
При работе двигателя скольжение 5 изме |
||||
няется от 1 почти до 0. |
Оно |
равно единице |
||
в момент пуска двигателя, или |
когда |
двига |
||
тель заторможен |
(я = 0). |
Скольжение |
равно |
|
нулю, когда п\ = п, |
т. е. ротор вращается син |
|||
хронно с вращением магнитного поля (идеаль ный случай холостого хода).
Из уравнения |
(15) следует, что |
|
п |
= п\ (1—S ) . |
(16) |
Вращающий момент асинхронного двига теля представляет собой чрезвычайно слож ную зависимость от различных величин и оп ределяется по формуле
М = сФІ2cos |
ЧС, |
(17) |
|
где с — величина постоянная; |
поток |
||
Ф — результирующий |
магнитный |
||
(складывается из магнитных пото |
|||
ков статора и ротора); |
|
||
/ 2 — ток в роторе; |
по фазе между |
током |
|
4^2 — угол сдвига |
|||
и наведенной |
электродвижущей си |
||
лой ротора. |
|
|
|
Преобразуя формулу (17) для практиче ского использования и опуская промежуточ
22
ные математические выкладки, получим вели чину вращающего момента
|
|
|
•>г2 |
|
М = |
|
Р-3-иф‘ -ё |
|
|
----------------- — --------------------------- кгм, ( 18) |
||||
|
|
2*/[(гі + -J-) + |
(*! + дг2)а] -9,81 |
|
где |
Vф — фазовое напряжение; |
статорной |
||
|
Г\ |
— активное сопротивление |
||
|
г12 |
обмотки; |
активное |
сопротивле |
|
— приведенное |
|||
|
Х\ |
ние роторной обмотки; |
|
|
|
— реактивное |
сопротивление статор |
||
|
|
ной обмотки; |
|
|
|
х 12— приведенное |
реактивное сопротивле |
||
|
|
ние роторной обмотки к статорной. |
||
Формула (18) показывает, что вращающий |
||||
момент пропорционален квадрату напряже ния. Кроме того, он зависит от скольжения S, т. е. от скорости вращения двигателя и от ак тивного и индуктивного сопротивления об моток.
На основании уравнения (18), определяю щего вращающий момент, можно построить по точкам кривую, дающую зависимость момента М двигателя от скольжения S. Согласно этой кривой (рис. 10), момент двигателя при изме нении 5 от 0 до 1 в начале, т. е. при малых S,
быстро возрастает, достигая максимума |
при |
некотором значении S mnr, затем быстро |
убы |
вает до значения пускового момента. |
|
Значение скольжения S max, при котором вращающий момент достигает максимального значения, равно:
23
Рис. 7а. Схема реверсирования шунтового двигателя:
1 — пусковой |
реостат; |
2 —переключатель; |
3 — предохранитель; |
4 — шунтовой |
реостат; |
5 — обмотка возбуждения, подключае |
|
мая после включения рубильника и |
предохранителен. |
||
Рис. 76. Схема реверсирования серпесного двигателя:
I — пусковой реостат; 2 — переключатель; 3 — обмотка возбуж дения.
----------------------- •
Рис. 8а. Схема динамического торможения двигателя
параллельного возбуждения.
--------------------- е
Рис. 86. Схема динамического торможения двигателя
с самовозбуждением.
--------------------- •
Рис. 8в. Схема динамического торможения двигателя
с независимым возбуждением.
--------------------- •
Рис. 9. Механические характеристики при противовклю-
чении двигателя параллельного возбуждения.
----------------------- •
Рис. 10. Механические характеристики двигателя с кон
тактными кольцами при различных сопротивлениях ротора.
24
5 |
= |
( 19) |
|
+ (-V, + хоУ |
|
Подставляя S,„„v, согласно формуле |
(19), |
|
в формулу (18), получим величину максималь ного момента:
Мтал. = ------------- |
Р-3-U'd, |
= к г м . (20) |
ф |
||
2п/-2[г, + У |
г2, +(•*! + *'•■) I -9,81 |
|
Как видим, в формулу (20) не входит г2. Это указывает на то, что максимальный мо мент асинхронного двигателя не зависит от активного сопротивления цепи ротора.
Величина активного сопротивления цепи ротора, не влияя на величину Мтпх,определяет то скольжение или ту скорость вращения ро тора, при которых имеет место наибольший момент. Поэтому, выбирая для цепи ротора то или иное сопротивление, можно получить мак симальный момент вращения при том или ином скольжении, что равносильно, при той или иной скорости вращения ротора. Практи чески это можно осуществить, включая в об мотку ротора через контактные кольца внеш ние сопротивления.
Кроме того, из формулы (20) мы видим, что максимальный момент двигателя также пропорционален квадрату приложенного к за жимам двигателя напряжения, что делает дви гатель очень чувствительным к колебаниям напряжения.
Если повернуть кривую M = f (S) на рисун ке 10 на 90° по часовой стрелке, то получим
26
рисунок 11, на котором та же кривая изобра жает функцию n=f ( M) , представляющую со бой механическую характеристику асинхрон ного двигателя.
Механическая характеристика делится на две части: верхняя «устойчивая» часть для
значения от 5 = 0 до S = S„lax и нижняя |
«не |
||||||
устойчивая» часть от 5 |
= 5,„оѵ |
до 5=1. |
Для |
||||
устойчивой части действует принцип |
саморе |
||||||
гулирования |
двигателя. |
При |
увеличении |
на |
|||
грузки |
или |
момента |
сопротивления |
внешних |
|||
сил скорость двигателя |
уменьшается, сколь |
||||||
жение |
увеличивается, |
растет ток, а |
вместе |
||||
с ним |
вращающий |
момент, |
уравновешивая |
||||
увеличение момента сопротивления.
В неустойчивой части увеличение момента внешних сил, приводящее к уменьшению ско рости, наоборот, вызывает уменьшение вра щающего момента, вследствие чего динами ческое равновесие становится невозможным. Поэтому при всяком увеличении нагрузки сверх значения Мтах двигатель должен сейчас же остановиться, в связи с этим максималь ный момент носит название «опрокидываю щего».
В рабочей, устойчивой части механической
характеристики (ав) |
скорость двигателя па |
||
дает незначительно |
с |
увеличением |
нагрузки. |
В этом отношении |
асинхронный |
двигатель, |
|
обладающий жесткой характеристикой, подо бен двигателю постоянного тока параллельно го возбуждения.
Отношение максимального момента М таѵ к номинальному моменту Мн, т. е.
Рис. 11. Естественная и реостатные механические харак
теристики асинхронного двигателя с контактными кольцами.
Рис. 12. Характеристики n=f(.\i) и « = /(/) для коротко-
замкнутого асинхронного двигателя с нормальным ротором.
--------------------- •
Рис. 13. Перемена направления вращения асинхронного
трехфазного двигателя путем переключения проводов.
----------------------- •
Рис. 14. Схемы переключения обмоток статора на двой
ную звезду.
28
} _ ^mai
■ max MH
характеризует перегрузочную способность двигателя. Для современных двигателей этот коэффициент колеблется в пределах 2—3.
Из механической характеристики (рис. 12) видно, что асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, потребляя из сети очень большой ток, имеет сравнительно низкий пу сковой момент.
Кратность пускового момента лежит обыч но в пределах
а кратность пускового тока
) _ hiycK _ г • 7 4 - ~ f - - о-г/.
Отсутствие пропорциональности между моментом двигателя и током статора во время пуска (рис. 12) объясняется значительным снижением коэффициента мощности (cos ср) во время пуска.
Для снижения пускового тока и повышения пускового момента применяются короткозамк
нутые |
двигатели |
специальных |
конструкций, |
||
у которых ротор имеет |
две клетки, располо |
||||
женные |
концентрически, |
или глубокие |
пазы |
||
с высокими и узкими стержнями. |
двигателей |
||||
Сопротивление |
ротора этих |
||||
в пусковой период |
значительно |
больше, |
чем |
||
при номинальной скорости, вследствие поверх ностного эффекта, обусловленного повышен
но
ной частотой в роторе при больших скольже ниях.
Удвигателей с контактными кольцами или
сфазным ротором пусковой момент увеличи вается по мере увеличения до известных пре делов сопротивления реостата (рис. 11), а пу сковой ток при увеличении сопротивления падает. Величина пускового момента может быть равна величине максимального момента.
Реверсирование и регулирование скорости асинхронного двигателя
Реверсирование, т. е. изменение направле ния вращения, у трехфазных асинхронных двигателей достигается переключением любых двух проводов, подводящих напряжение к ста тору двигателя от сети (рис. 13).
Регулирование скорости вращения асин хронного двигателя может быть произведено различными способами. Из анализа известной формулы (16)-
п =~ |
-/ |
(l ~ sс). |
60 |
|
|
ІГ
видно, что регулирования скорости вращения данного двигателя можно достичь:
а) изменением частоты / питающей сети, • б) изменением скольжения S в электродви гателях с контактными кольцами, вызывае мым введением в ротор регулировочного со
противления R x. и
в) изменением числа пар полюсов р. Первый способ регулирования скорости
31