ТЭП-Курс_лекций_04-2006

Рис.47 Механическая характеристика АД - f (M)

Эти характеристики, отличаются от экспериментальных механических характеристик тем, что реальный пусковой момент MП несколько больше, чем расчётный, при скольжении

S 1.

Реальные механические характеристики имеют некоторый провал в области скольжения S 1. Это связанно с тем, что в расчётных характеристиках построенных с помощью формулы Клосса не учитываются конструктивные особенности двигателя, направленные на улучшение их пусковых свойств (двигатель с глубоким пазом или с роторной обмоткой типа беличьего колеса). Части характеристик, описывающих устойчивую работу (рабочие части характеристик) при скольжении 0 S SK практически точно совпадают.

Построение искусственных механических характеристик с использованием формулы Клосса несколько затруднительно в связи с тем, что для этого требуется уравнения зависимостей:

а) SK f (RДОБ ) ; б) SK f (U); в) SK f ( f ).

Достаточно точно эта зависимость может быть определена только для случая (а).

SK И S

2.5.2 Пуск АД

Асинхронные двигатели с КЗ ротором является наиболее простым, дешевым и одним из самых надёжных типов ЭД, следовательно, в промышленности находят наиболее широкое применение.

При пуске в начальный момент АД обеспечивает достаточно большое значение момента. Для ЭП малой мощности к тому же не обладают большими пусковыми токами, следовательно,

вАД с КЗ ротором малой мощности используют прямой пуск.

ВЭП средней и большой мощности задача пуска несколько сложнее. Это связано с тем, что электромагнитный момент выражается зависимостью:

M CЭМФI2Cos , (36)

где CЭМ - конструктивная электромагнитная постоянная двигателя, которая зависит от

числа пар полюсов двигателя и способов наматывания статорной и роторной обмотки; Ф - основной магнитный поток;

I2 - ток в роторе;

41

Рис.49 Семейство пусковых реостатных характеристик АД

На рис.49:

M1 - «пиковый» момент, при котором начинается работа на новой механической характе-

ристике (т.3, 5, 7, 9);

M2 - момент переключения, при котором происходит переход на новую механическую характеристику (т.2, 4, 6, 8).

В момент подключения статорной обмотки к питающей сети ступенчатое добавочное сопротивление RДОБ введено в цепь ротора полностью (т.1.). По мере разгона ротора угловая ско-

рость возрастает, а относительная скорость перемещения силовых линий магнитного поля относительно роторной обмотки уменьшатся, следовательно, ЭДС и ток якоря E2 и I2 уменьшаются. Поэтому уменьшается и момент M .

Для поддержания дальнейшего разгона двигателя отключают одну ступень (в т.2.), после чего характеристика переходит в точку 3. Далее разгон по 2-ой характеристике до т.4. После чего отключается следующая ступень, рабочая точка переходит в т. 5, и т.д. Разгон заканчивается на естественной характеристике в т.a, при номинальных значениях скорости НОМ и мо-

мента MНОМ .

Впроцессе разгона вращающий момент M должен находиться в пределах:

1.11.2MC M 0.85MK

Пуск может быть:

- форсированным (повышенные требования к длительности процесса запуска), M2 и M1 , смещены вправо;

- нормальным (повышенные требования к термическому состоянию двигателя ), M2 и

M1 смещены влево.

Двигатель с КЗ ротором в зависимости от мощности и перечисленных требований к процессу запуска может быть запущен следующими далее методами.

1. Переключение со звезды в треугольник. При пуске статорная обмотка соединяется в звезду (пусковой ток IПУСК уменьшается в 3 раза). При работе - соединяется в треугольник.

Этот способ практически не обеспечивает увеличение момента M при пуске.

2.Реакторный пуск заключается в том, что на время пуска в цепь статора вводиться токоограничивающие реакторы.

3.Автотрансформаторный: в цепь статора вводится трехфазный автотрансформатор. Запуск начинается при минимальном напряжении статорной обмотки, а заканчивается при номинальном.

Однако, в настоящее время наиболее эффективным способом запуска АД с КЗ ротором является частотный запуск.

Для этого в цепь статора включается частотный преобразователь. Пуск начинается при минимальной частоте. Это позволяет уменьшить пусковой ток и повысить пусковой момент (см. семейство частотных характеристик). Одновременно с частотой изменяют напряжение.

43

Рис.50 Схема частотного пуска

Рис.51 Семейство пусковых характеристик АД при изменении частоты

Минимизация пусковых токов реализуется за счёт уменьшения действующего значения напряжения в начале пуска. Однако, при этом уменьшается также и пусковой момент. В то же время известно, что пусковой момент тем больше, чем меньше частота питающего напряжения. Таком образом, уменьшение пускового момента, при уменьшении напряжения, компенсируется уменьшением частоты.

По мере разгона двигателя ступенчато уменьшают частоту f2 и напряжение ротора U2 . Пуск заканчивается на естественной механической характеристике (рабочая точка a), при скорости НОМ и моменте M MНОМ .

При этом, плавность процесса пуска обеспечивается равенством пусковых моментов и моментов переключения на всех ступенях пуска (M1 const , M2 const ).

Форсированный или нормальный пуск обеспечивается начальным значением частоты и за счёт изменения шага частоты. Чем меньше начальное значение частоты, тем больше пиковый момент.

2.5.3 Тормозные режимы АД. Механические характеристики в тормозном режиме

Существует 3 основных электрических способа торможения АД:

-рекуперативное торможение;

-торможение противовключением;

-динамическое торможение.

44

Рис.52б Реализация рекуперативного торможения увеличением числа пар полюсов

Этот способ позволяет уменьшить 0 в 2 раза, что не позволяет практически полностью оставить двигатель в рекуперативном режиме.

2. Увеличивают частоту. Первый скачок частоты должен быть насколько велик, чтобы рабочая точка перешла во второй квадрант, а остальные настолько малы, чтобы характеристика вновь не вернулась в 1-ый.

Кроме того, необходимым условием реализации генераторного режима по отношению к сети является возможность обратной проводимости в элементе, связывающим двигатель с сетью.

Рис.53 Реализация рекуперативного торможения снижением частоты

Режим противовключения. Торможение противовключением

Если под действием активного источника механической энергии изменить направление

вращения вала двигателя на противоположное, то S 0 ( ) 1.

0

При этом ЭДС в обмотках ротора E2S станет больше, чем E2 (т.е. больше, чем ЭДС в об-

мотках неподвижного ротора), следовательно I2 IК.З . Момент M MK , (при этом M своего

направления не изменит), однако по отношению к изменившемуся направлению скорости становится отрицательным, т.е. тормозным.

При этом направление потока энергии в части силового канала «механизм-двигатель» становится отрицательной, т.е. поток направлен от механизма к двигателю. Поток энергии в части канала «сеть-двигатель» направлен от сети к двигателю. Сумма двух этих потоков рассеивается в двигателе в виде тепла. Таким образом, этот режим является наименее энергетически эффективным, и в приводах большой мощности зачастую ведет к аварийным режимам.

46

Рис.54 Режим противовключения (РП)

Механическая характеристика в режиме противовключения является продолжением естественной механической характеристики в четвертом квадранте, и описывается тем же уравнением. Обычно, при использовании этого режима, в целях торможения, в цепь ротора вводят добавочное сопротивление.

Рис.55 Реализация торможения противовключения изменением последовательности чередования фаз

В рассмотренном варианте режим противовключения практически может быть использован только для обеспечения плавности при спуске и подъёме грузов.

Наряду с перечисленными отрицательными качествами режима противовключения, существует неоспоримое достоинство - возможность реверса. Поэтому, с этой целью, а также с целью быстрой остановки двигателя, в приводах малой мощности режим противовключения находит практическое применение. Для этого изменяют последовательность чередования фаз статорной обмотки, подключённой к источнику питания. Это приводит к изменению направления магнитного поля, следовательно, изменяется направление ЭДС и тока в обмотке ротора, и направление момента станет противоположным, т.е. тормозным (M MT ).

Динамическое торможение

Динамическое торможение в настоящее время является наиболее универсальным способом торможения, поэтому находит широкое применение. При реализации этого способа торможения 3-х фазную статорную обмотку отключают от 3-х фазного источника переменного напряжения и 2-х фазы обмотки статора подключают к источнику постоянного напряжения. В результате в обмотке статора формируется статическое магнитное поле, при взаимодействии которого с вращающимся ротором возникает электромагнитный момент. Этот момент, в соответствии с принципом Ленца, направлен противоположно направлению вращения и является тормозным. Рабочая точка характеристики переходит во 2-ой квадрант, где под действием отрицательного момента двигатель останавливается. Остановка происходит при нулевом моменте ( 0, M 0). Главное отличительное качество динамического торможения - точность.

47