176

Таблица 8.1– Варианты заданий

Литература

1.Фираго, Б. И. Регулируемые электроприводы переменного тока / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. Мн. : Техноперспектива, 2006. – 363 с.

2.Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник / А. Э. Кравчик [и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1982.

3.Справочник по электрическим машинам: в 2 т. / под общ. ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова. – М. : Энергоатомиздат, 1989. – 688 с.

4.Чиликин, М. Г. Общий курс электропривода: учебник для вузов / М. Г. Чиликин, А. С. Сандлер. – М. : Энергоиздат, 1981. – 576 с.

5.Чернышев, А. Ю. Электропривод переменного тока: учебное пособие / А. Ю. Чернышев, Ю. Н. Дементьев, И. А. Чернышев : Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 213 с.

6.Башарин, А. В. Примеры расчетов автоматизированного электропривода / А. В. Башарин, Ф. Н. Голубев, В. Г. Кепперман, – Л. : Энергия, 1971. – 440 с.

Лабораторное занятие № 9. Моделирование трогания и разгона транспортного средства с электрическим приводом

Цель работы: получить навыки моделирования искусственных характеристик асинхронных электрических двигателей, используемых при моделировании трогания и разгона электрического транспорта.

Общие сведения

Вопрос о регулировании частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей весьма актуален, так как является одним из основных признаков, по которым асинхронные

177

двигатели могут успешно заменить двигатели постоянного тока, превосходя их по многим тех- нико-экономическим показателям.

Регулирование асинхронного двигателя можно осуществлять за счет:

–изменением сопротивления ротора;

–изменением питающего напряжения;

–изменением частоты питающего напряжения;

–изменением числа полюсов.

Это позволяет получить искусственные механические характеристики.

Реостатное регулирование асинхронных двигателей с фазным ротором.

Васинхронных двигателях с фазным ротором частоту вращения регулируют введением

вцепь ротора добавочного резистора сопротивлением rдоб в виде регулировочного реостата (далее РР).

При полностью выведенном РР (rдоб = 0) двигатель работает в режиме естественной механической характеристики. При этом частота вращения максимальна и при номинальной

нагрузке Mс = Mн она равна nн.

Уравнение механической характеристики в этом случае имеет вид

Расшифровка переменных данного выражения, приведены в лабораторной работе № 8.

Рисунок 9.1 – Регулирование скорости асинхронного двигателя регулировочным реостатом

При выполнении данной работы рассчитать и построить механические характеристики (рис. 9.1) для четырех значений сопротивления добавочного резистора (табл. 9.1):

Регулирование скорости изменением питающего напряжения.

Механическая характеристика асинхронного двигателя при регулировании скорости изменением напряжения определяется выражением (3), приведенным в лабораторной работе № 8. При снижении фазного напряжения U1j синхронная скорость ω0 и критическое скольжение sк двигателя остаются постоянными, а критический момент двигателя Mк уменьшается пропорционально квадрату фазного напряжения. Соответственно снижается жесткость рабочей части механической характеристики (рис. 9.2).

178

Регулирование скорости асинхронного двигателя путем изменения напряжения обмотки статора сопряжено с возможностью перегрева его ротора и может производиться лишь при определенных условиях:

–при малом диапазоне снижения скорости относительно номинальной;

–при снижении относительно номинального момента сопротивления на валу двига-

теля;

– при использовании двигателя с повышенным скольжением.

Рисунок 9.2 – Механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании напряжения на статоре

Поэтому регулирование скорости асинхронного двигателя изменением напряжения статора возможно в том случае, когда момент сопротивления Mc при снижении скорости существенно меньше номинального момента.

При выполнении работы рассчитать и построить механические характеристики для четырех значений напряжения на статоре (табл. 9.2):

Таблица 9.2

Регулированиескоростиизменениемчастотынапряжениястатора при номинальных значениях Uн и Mн.

В связи с разработкой и широким применением преобразователей частоты этот способ регулирования частоты вращения ротора асинхронных двигателей является наиболее перспективным.

Изменение частоты f1j питающего напряжения асинхронного двигателя влияет как на его синхронную скорость ω0, так и на его реактивные сопротивления, которые меняются пропорционально изменению частоты:

где f1н – номинальное значение частоты напряжения статора асинхронного двигателя; X1σн, X’2σн – индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведенное к обмотке статора при номинальной частоте питающей сети f1н.

Синхронная угловая скорость

ω0 j = 2 π f1 j / zp ,

где zp – число пар полюсов статора асинхронного электродвигателя.

179

Рисунок 9.3 – Механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании частоты напряжения на статоре

Механическая характеристика асинхронного двигателя при регулировании скорости изменением частоты питающего напряжения определяется выражением, приведенным в лабораторной работе № 8 с учетом вышеприведенных выражений.

При выполнении работы рассчитать и построить механические характеристики для четырех значений частоты напряжения на статоре:

Таблица 4.3

Механическая характеристика асинхронного двигателя при изменении частоты f1 и напряжения питания U1.

Если одновременно с частотой f1j изменять и переменное напряжение U1j обмоток статора асинхронного двигателя, то появляется возможность реализовать различные законы регулирования скорости асинхронного двигателя. Следует иметь ввиду, что при любом способе регулирования важно согласовать регулировочные механические характеристики двигателя с его нагрузкой.

По характеру зависимости момента нагрузки приводимого механизма от его скорости

– Мс = f(ω) можно выделить три наиболее часто встречающиеся механические характеристики производственных механизмов:

–не зависящая от угловой скорости механическая характеристика;

–нелинейно-спадающая механическая характеристика или работа с постоянной мощ-

ностью;

–нелинейно-возрастающая механическая характеристика или вентиляторная нагрузка. В частотно-регулируемых электроприводах переменного тока для соответствующих

моментов производственных механизмов можно сформировать электромагнитные моменты двигателей.

Например, при постоянном моменте нагрузки (Mс = const) управление напряжением и частотой тока статора асинхронного двигателя должно осуществляться по закону (рис. 9.3 а)

U1 j / f1 j = const .

При нелинейно-спадающей нагрузке Mс = kω−1 – закон управления напряжением и частотой принимает вид (рис. 4.4. б)

U12j / f1 j = const .

180

Рисунок 9.3 – Варианты частотного управления скоростью асинхронного двигателя

Для транспортных средств характерны два из приведенных режимов:

1)трогание и разгон электромобиля до выхода на некоторую мощность осуществляется согласно рис. 4.4 а (момент Mс = const определяется допустимым уровнем ускорения);

2)дальнейший разгон на режиме постоянной мощности Pс=const (рис. 4.4 б).

Законы управления (4.4)–(4.6), связывающие напряжение, частоту и характер нагрузки, описываются формулой М. П. Костенко:

где U1н – номинальное напряжение питающей сети, В; U1j – напряжение на выходе преобразователя частоты; Mс – статический момент на валу асинхронного двигателя при данной частоте f1j.

Естественные характеристики для U1 j / f1 j = const .

Если обозначить соотношение частоты регулирования к номинальной, как k f = f1 j / f1н , то электромагнитный момент можно определить по формуле

Критическое скольжение можно определить, как

Синхронная частота вращения ротора

Частота вращения ротора

nj (s)= n0 j (1− s).