Lektsii_El_privod

Случай встречного включения одной из фаз электродвигателя при соединении их в открытый треугольник представлен на рис.4.31, б. Из этлгл рисунка видно, что витки третьей фазы, включенной встречно двум другим,

пронизываются четырьмя потоками взаимоиндукции ,

которые направлены в одну сторону.

Представленные примеры относятся к магнитным цепям,

электромагнитные процессы в которых описывают при помощи понятий магнитодвижущей силы, магнитного потока и разности магнитных потенциалов. В завимости от исполнения магнитные цепи можно классифицировать по разным признакам.

Рис.4.32. Векторная диаграмма для согласного включения фаз двигателя при соединении в открытый треугольник.

Две другие фазы пронизываются потоками взаимной индукции в различных направлениях. Этим объясняется наличие большего значения напряжения на фазе, включенной встречно по отношению к двум другим.

Уравнения, подтверждающие это положение имеют вид:

;

(4.86);

.

Действительно, уравнение, определяющее значения напряжения на зажимах фазы, включенной встречно по отношению к другим, имеет на два слагаемых больше. В комплексной форме записи эти уравнения принимают вид:

Таким образом, по векторной диаграмме, представленной на рис.4.33,

видно, что вектор напряжения (на зажимах фазы, включенной встречно)

больше по сравнению с векторами .

Рис.4.33. Векторная диаграмма для встречного включения одной из обмоток электродвигателя.

Большие различия в напряжениях на обмотках возникают при вынутом роторе. Новый способ маркировки выводов фаз трехфазных

электродвигателей теоретически обоснован, прост в реализации и успешно

применяется на практике и в учебном процессе.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

изменением числа полюсов

Синхронная угловая частота вращения асинхронного двигателя зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар полюсов статора р (5.31)

или синхронная частота вращения

Вследствие этого изменением числа пар полюсов можно регулировать частоту вращения двигателя. У двигателей с переключением числа полюсов обмотка каждой фазы состоит обычно из двух одинаковых частей, в одной из которых изменяется направление тока путем переключения этих частей с последовательного на параллельное соединение [12].

Такое переключение (рис.5.16) приводит к уменьшению числа полюсов вдвое и, следовательно, к увеличению вдвое синхронной частоты вращения машины.

Присоединение обмоток производят переключением обмотки статора по схеме, приведенной на рис.5.17, а, где осуществлен

Рис.5.16. Схема переключения обмоток статора асинхронного двигателя с последовательного на параллельное соединение.

S, N – полюса обмоток.

переход от одиночной «звезды», или по схеме рис. 5.17, б , где произведено переключение с «треугольника» на двойную «звезду».

Рис. 5.17. Схемы переключения обмоток статора асинхронного двигателя: а - со «звезды» на двойную «звезду»; б – с «треугольника»

на двойную «звезду».

Переключение обмотки статора со «звезды» на двойную «звезду» (рис.5.17,

а) приводит увеличению частоты вращения вдвое, которое целесообразно производить при постоянном моменте. Последнее легко может быть доказано следующим путем.

При соединении обмоток в одинарную «звезду» мощность,

потребляемая двигателем, равна

двигателе, то развиваемая им мощность при вдвое большей частоте вращения будет в 2 раза больше мощности двигателя при низкой частоте вращения.

Если с увеличением частоты вращения двигателя пропорционально растет

Механические характеристики двухскоростного двигателя, частота вращения которого регулируется при постоянном моменте, приведены на рис.5.18.

Рис. 5.18. Механические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя, регулируемого с постоянным моментом.

Следует отметить, что при регулировании частоты вращения вниз от к двигатель, как это показано пунктиром, переходит в

генераторный режим с отдачей энергии в сеть.

Для соединения обмотки в «треугольник» (рис. 5.17, б) потребляемая двигателем мощность

а при соединении в двойную «звезду»

Сравнение двух последних выражений показывает, что при переключении на высшую частоту вращения мощность, развиваемая двигателем, изменяется незначительно (примерно на 15%, если принять, что cos cos ). В

этом случае целесообразно использовать такой двигатель для механизмов,

частота вращения которых регулируется при постоянной мощности.

Механические характеристики, иллюстрирующие возможность регулирования скорости вращения двухскоростного двигателя при постоянной мощности, показаны на рис.5.19.

Рис. 5.19.Механические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя, регулируемого с постоянной мощностью.

Кроме двухскоростных двигателей, применяются трехскоростные двигатели, имеющие, дополнительно еще одну непереключаемую обмотку, а

также четырехскоростные двигатели, в статоре которых обычно закладываются две независимые обмотки на разные числа полюсов, каждая из которых переключается по одной из указанных выше схем. Чтобы не производить переключений в обмотке ротора,

двигатели с переключением полюсов выполняют с короткозамкнутым ротором, так как в нем распределение намагничивающей силы всегда соответствует числу полюсов статорной обмотки.

Регулирование частоты вращения, достигаемое переключением полюсов,

дает определенный ряд частот вращения, обусловленный частотой тока в

сети и числом полюсов. Например, для практически применяемых четырехскоростных двигателей можно получить такие синхронные частоты

Из изложенного следует, что диапазон регулирования достигает

(6 : 1)…(8 : 1). Увеличивать этот диапазон практически нецелесообразно, так как уменьшение синхронной частоты вращения ниже

n = 375 приводит к значительному увеличению габаритов двигателя.

Регулирование частоты вращения переключением полюсов происходит ступенчато. Вместе с тем рассматриваемый способ регулирования является весьма экономичным, так как в процессе изменения скорости отсутствукт выделение дополнительных потерь в роторной цепи, вызывающее издишний нагрев двигателя и ухудшение его КПД. Механические характеристики многоскоростных АД имеют хорошую жесткость и достаточную перегрузочную способность.

Благодаря своим преимуществам двигатели с переключением полюсов находят широкое применение там, где не требуется плавного регулирования частоты, например в некоторых металлорежущих станках в целях уменьшения количества механических передач. Их применяют также для вентиляторов, насосов и для привода других механизмов и машин в различных областях хозяйственной деятельности.

5.8. Регулирование частоты вращения электропривода с помощью

электромагнитной муфты скольжения

В конструкцию электроприводов ряда рабочих машин входят электромагнитные муфты различных видов[9,13]. Электромагнитная муфта -

это силовое электромеханическое устройство позволяющее регулировать частоту вращения исполнительного органа рабочей машины при постоянной частоте вращения двигателя. В некоторых случаях электромагнитные муфты

(ЭММ) используются и для регулирования прикладываемого к исполнительному органу момента. Широкое применение в автоматизированном электроприводе нашли следующие виды электромагнитных муфт: фрикционная (контактная и бесконтактная),

порошковая и скольжения (асинхронная).

Электромагнитная муфта (рис. 5.20, а) состоит из двух механически не

связанных друг с другом частей - ведущей и ведомой. Ведущая часть,

называемая якорем 2 и выполняемая из ферромагнитного материала,

соединяется с валом двигателя 1 (на рисунке показан асинхронный

двигатель). Ведомая часть, называемая индуктором 4, располагается внутри ведущей части и соединяется через редуктор или непосредственно с исполнительным органом 6 рабочей машины. На индукторе 4 располагается обмотка возбуждения 3, которая через контактные кольца 5 подключена к

источнику питания. Ток возбуждения можно регулировать, за счет чего и происходит изменение частоты вращения ведомой части муфты, а

При протекании по обмотке 3 тока возбуждения в воздушном зазоре

между якорем и индуктором возникает магнитное поле, под действием которого во вращающемся якоре 2 будут циркулировать вихревые токи.

Взаимодействие этих токов с магнитным полем создает вращающий момент,

под действием которого индуктор начинает вращаться в ту же сторону с

частотой вращения .

Принцип действия электромагнитной муфты во многом похож на принцип действия асинхронного двигателя, имеющего массивный (сплошной) ротор.

По механическим характеристикам муфты = f(M) , представляющим собой

Рассмотренная муфта относится к группе электромагнитных муфт со связью между ее частями через магнитное поле. Существуют также муфты с механической связью. В них передача вращающего момента от ведущей части к ведомой осуществляется посредством механического трения или зацепления за счет создания между ними магнитного поля электромагнита с нормальным давлением.

Параметрическое регулирование частоты вращения электропривода с помощью электромагнитной муфты скольжения не может обеспечить необходимой точности и большого диапазона вследствие незначительной жесткости механических характеристик и снижающейся по мере уменьшения тока возбуждения перегрузочной способности муфты. С целью расширения диапазона регулирования частоты вращения и получения высокой точности используется система автоматического регулирования [22].

Рис.5.20. Электромагнитная муфта: а – схема устройства;

б – механические характеристики.

На рис.5.21, б показана принципиальная схема автоматического регулирования частоты вращения электропривода с электромагнитной муфтой скольжения (ЭМС) с отрицательной обратной связью по частоте вращения, осуществляемой при помощи тахогенератора BR, связанного с выходным валом электропривода.

а б

Рис. 5.21. Схема автоматического регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с использованием электромагнитной муфты и

отрицательной обратной связи по скорости.

Регулятором частоты вращения РЧВ задается напряжение, сравниваемое с сигналом обратной связи; разность этих сигналов подается на усилитель У,

выход которого подключается, через щетки и контактные кольца, к обмотке возбуждения ЭМС.

Возможно и бесконтактное исполнение ЭМС, в которой обмотка возбуждения располагается в корпусе муфты неподвижно относительно вращающегося якоря. В таких устройствах в качестве датчика обратной связи по частоте вращения вместо тахогенератора может быть применен электромагнитный импульсный датчик. На рис. 5.21, б приведены примерные механические характеристики ЭМС при автоматическом регулировании с отрицательной обратной связью по частоте вращения. Они расположены между характеристиками, обозначенными цифрами 1 и 2 и

соответствующими, приблизительно, 0,1 и номинальному токам возбуждения ЭМС при параметрическом регулировании.

Точность регулирования оказывается высокой, также как и диапазон регулирования, который может составить до (40…50) : 1 и зависит от коэффициента усиления системы; с увеличением последнего возрастает допустимый диапазон регулирования.

Потери в ЭМС складываются из потерь в якоре (роторе), обусловленных скольжением и передаваемым моментом; в обмотке возбуждения, в стали