Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод. Учебное пособие
.pdf
1,5
0
1,2
0,9
0,6
0,3
I
M
1
2
M
, cos,
í
1,0
I
í
2,0
n
1,6
0,8
1,2
0,6
0,8
0,4
0,4
0,2
0
Рис. 6.5. Рабочие характеристики
n
2
n
1
2
cos
I
1
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
M
2
P
2
P
í
асинхронного двигателя
В асинхронных двигателях общего применения КПД
достигает максимума при нагрузке, равной 6085 % от номинальной. У машин малой и средней мощности (1100 кВт)
максимальное значение
ности
=0,920,94.
max
=0,70,9, у машин большой мощ-
max
Максимальные значения cos машин малой и средней
мощности cos
cos
=0,900,92. Работа двигателей при недогрузке ввиду
max
=0,70,90, а у машин большой мощности
max
малости cos невыгодна в энергетическом отношении.
6.6. Устойчивость работы асинхронного двигателя
Под устойчивостью работы асинхронного двигателя
понимают его способность восстанавливать установившуюся
скорость при кратковременных возмущениях.
Основным возмущающим воздействиям в электроприводе является изменение нагрузки сМ . Критерий устойчиво-
сти в «малом» может быть записан в виде
121
ddMd
dM
dt
А
М
АА В В
М
c
(6.14)
.
Обратимся к рис. 6.6, а, где изображена механическая
характеристика двигателя М 1 и механические характеристики
нагрузки 2-4.
Из уравнения движения электропривода
d
JММ
(6.15)
с
следует, что установившийся режим имеет место, когда
ММ ,
с
то есть определяется точкой пересечения механических характеристик двигателя
и нагрузки )(fM
)M(f
. У харак-
c
теристик 1, 2 на рис. 6.6, а две точки пересечения – точки А и В.
Точка А соответствует устойчивому равновесию, а точка В – неустойчивому. В точке А обеспечивается условие (6.15).
М
с
М
с
1
1
кр
2
M
п
4
3
M
ММ ,
с
кр
1
кр
M
М
с
ММ ,
с
кр
Рис. 6.6. К определению устойчивости работы АД
Если АД работает а точке А с нагрузкой сМ , то при
скачкообразном изменении нагрузки до
ММ отрицательна и в соответствии с (6.15) скорость АД
с
М
с
разность
уменьшается до нового устойчивого состояния в точке
При «возвращении» нагрузки до значения сМ скорость будет
122
.
увеличиваться до устойчивого состояния в точке А.
В
Если бы теоретически двигатель работал в точке В, то
при увеличении нагрузки до
отрицательна, что привело бы не к движению к точке
М
разность
с
ММ была бы
с
, а к
остановке двигателя. «Возвращение» нагрузки до значения
М
не приводит к разгону двигателя до точки В.
с
При большинстве нагрузок устойчивая работа АД обес-
печивается при
вентиляторной, возможна устойчивая работа и при
. При некоторых нагрузках, например
кр
(точ-
кр
ка С на рис. 6.6, б). Вместе с тем длительная работа на есте-
ственной характеристике при
невозможна из-за больших
кр
токов и потерь в АД. Для обеспечения устойчивости в «большом» необходимо, чтобы момент нагрузки не превышал Mкр .
Если двигатель работает в точке А (рис. 6.6, а), то изменение
нагрузки до
М
приведет к остановке двигателя. Повторное
с
изменение нагрузки до сМ не приведет к разгону двигателя, так
как пусковой момент двигателя Mп меньше момента нагрузки.
6.7. Пуск и реверс асинхронных двигателей
В большинстве производственных механизмов применяются нерегулируемые приводы с асинхронными двигателями, имеющими короткозамкнутый ротор. При этом в основном
используется прямой пуск двигателя подключением его к сети
с помощью магнитного пускателя. Величину начального пускового момента Мп можно получить из (6.10), подставив s=1.
Отношение Мп/Мн=kпм называют кратностью начального пускового момента. У двигателей малой и средней мощности
kпм=1,02,0. При мощностях 1001000 кВт kпм=0,71,0.
Недостатком прямого пуска является малый пусковой
момент и большой пусковой ток, который может в пять - семь
123
раз превышать номинальный ток. Это затягивает пуск, нега-
n
380
а) б)
М
КЗ
4
в
)
тивно влияет на двигатель и питающую сеть.
Снижение пускового тока может быть обеспечено за
счет уменьшения напряжения статора во время пуска. Изменение
напряжения статора обычно осуществляют с помощью тиристорных регуляторов. Так как момент уменьшается пропорционально квадрату напряжения, данный способ возможен при пуске на холостом ходу или при нагрузках типа вентиляторной.
В двигателях с фазным ротором используется пуск с
введением на время пуска в цепь ротора добавочных сопротивлений, наличие которых ограничивает броски пускового
тока и увеличивает пусковой момент. Данный способ иллюстрирует рис. 6.7.
n
К1
2
В
М
С
n
1
F
E
D
В
С
n
2
уст
К2
1 2 3
М
П
М М
1
А
t
0
t
t
1
t t
2
3
е
R
R
доб1
К3
доб2
Рис. 6.7. Схема включения АД (а),
механические характеристики (б) и график изменения
скорости (в) при реостатном пуске
Контакты К2, К3 позволяют изменять сопротивление це-
пи фазного ротора АД. Как следует из (6.11), (6.12), увеличение
сопротивления ротора
'
r не изменяет критического момента
2
124
, но увеличивает критическое скольжение
M
КР
. Механиче-
S
КР
ские характеристики двигателя 1 – 3 соответствуют различным
сопротивлениям ротора. Пусковой момент
ДОБ
0
, меньше момента нагрузки
характеристике 1, когда
M . Характеристика 2 соответствует сопротивлению
С
R
цепи ротора, а характеристика 3 – сумме
на
RR
подобрана таким образом, что начальный пус-
21 ДОБДОБ
ковой момент на характеристике 3 в точке А равен
на естественной
M
П
RR
. Величи-
21 ДОБДОБ
M
КР
R
в
1ДОБ
.
В момент t0 контакты К2 и К3 разомкнуты, а контакты
К1 замыкаются, подключая статорную обмотку АД к трехфазной сети. Двигатель имеет характеристику 3 и развивает в точ-
ке А момент
уравнением движения (6.15) частота вращения ротора
. Разность 0СММ , и в соответствии с
M
КР
n
уве-
2
личивается. В интервале t0 – t2 изменение состояния АД соответствует перемещению по характеристике 3 от точки А до
точки В. По мере роста
разность
n
2
ММ уменьшается, со-
С
ответственно уменьшается ускорение.
В момент t1 замыкаются контакты К2 и момент АД
скачкообразно изменяется от значения
в точке В до
M
1
M
КР
в
точке С и далее происходит перемещение по характеристике 2
до точки D. В момент t2 замыкаются контакты К3, АД переходит на характеристику 2 и происходит увеличение
новившейся скорости
n , определяемой точкой пересечения
УСТ
до уста-
n
2
Е механических характеристик двигателя 1 и нагрузки 4.
Таким образом, введение
R
позволяет увеличить
ДОБ
пусковой момент. Кроме того, в соответствии со схемой замещения (рис. 6.2) увеличение сопротивления ротора обеспечивает снижение пускового тока.
Введение сопротивлений в цепь фазного ротора используется также для регулирования скорости АД.
125
6.8. Регулирование скорости асинхронных двигателей
6.8.1. Регулирование скорости введением добавочных
сопротивлений в цепь фазного ротора
Способы регулирования скорости асинхронных двигателей весьма многочисленны. Безусловно, что в настоящее
время наиболее перспективным средством регулирования координат асинхронных двигателей является частотный способ
управления, когда изменяют частоту и одновременно величину
напряжений статора двигателя. Также можно выделить и следующие распространенные способы управления скоростью
АД:
- введением добавочных сопротивлений R
в цепь
доб.
фазного ротора;
- изменением напряжения питания статора;
- изменением числа пар полюсов.
Рассмотрим способ управления скоростью введением
R
в цепь ротора.
доб
На рис. 6.8,а изображена схема для получения трех ступеней скорости, а на рис. 6.8,б приведены графики механических характеристик привода.
Рис. 6.8. Схема и характеристики привода с R
фазного ротора
126
в цепи
доб
Статор двигателя АД питается от трехфазной сети. Когда разомкнуты все контакты К1.1, К1.2, К2.1, К2.2, добавочное сопротивление фазы ротора R
мкнуты К2.1, К2.2, то R
то R
доб
=0.
доб
= R
. Когда замкнуты К1.1, К1.2,
доб.1
доб=Rдоб.1+Rдоб.2
. Если за-
В соответствии с (5.14), (6.11), (6.12) от сопротивления
ротора
не зависят частота вращения магнитного поля АД n1
(скорость идеального холостого хода ) и критический момент
М
а критическое скольжение Sкр пропорционально сопро-
кр,
тивлению
. Таким образом, семейство механических харак-
теристик привода (зависимостей частоты вращения ротора n2
от момента M) соответствует кривым 1-3 на рис. 6.8,б, где по
оси абсцисс откладываются и электромагнитный момент двигателя М и момент нагрузки Мс, а по оси ординат – угловая
скорость ɷ или частота вращения ротора n
ния Мс ограничены величинами
значение момента обозначено как
нию
. Максимальная абсолютная погрешность скорости
ср
△ ɷ=△ ɷ
соответствуют три средних скорости ɷ
ср
соответствует характеристике 3.
Пределы измене-
2.
и
. Среднему значе-
ср
, среднее
ср
,ɷ
ср
и
Для оценки рассматриваемого способа управления используем основные показатели регулируемых электроприводов, изложенные в п. 2.4.
Очевидно, что с увеличением R
средние скорости
доб
уменьшаются, то есть направление регулирования – вниз от
основной.
Точность регулирования невелика, так как с увели-
чением R
стик, то есть растет абсолютная ошибка △ ɷ
увеличивается наклон механических характери-
доб
и, тем более,
относительная погрешность, определяемая по формуле (4.59).
При увеличении R
резко растет, так как одновременно с ростом
ется
.
ср
Исходя из этого, минимальная средняя скорость
относительная погрешность
доб
уменьша-
127
ср min
,
которая включается в диапазон регулирования, определяется
требуемой точностью. Соответственно диапазон регулиро-
вания скорости привода (D =
ср max
/
) не превышает
ср min
(34)1.
Плавность регулирования определяется дискретно-
стью изменения добавочных сопротивлений
КПД привода мал из-за больших потерь в R
доб .
Основные достоинства привода с рассматриваемым
способом управления - простота реализации и обслуживания,
низкая стоимость,
Способ регулирования скорости АД введением сопротивлений в роторную цепь широко применяется в грузоподъемных механизмах.
6.8.2. Регулирование скорости АД изменением
напряжения статора
Схема разомкнутого привода с регулированием напряжения статора приведена на рис. 6.9,а.
Рис. 6.9. Схема и характеристики привода
с регулятором напряжения
128
На управляющий вход трехфазного регулятора напряжения ТРН поступает сигнал управления у, а с выхода сни-
маются напряжения ,, . Частота этих напряжений равна
частоте сети, а величина регулируется. В идеале − образуют трехфазную симметричную систему синусоид:
= уsin −( − 1
)
, (6.16)
где K – константа; – частота сети; = 1,2,3.
Современные ТРН реализуются на основе тиристоров.
У таких регуляторов выходные напряжения несинусоидальны.
Критическая скорость
, соответствующая критиче-
кр
скому моменту, не зависит от напряжения статора , а электромагнитный момент АД, в том числе и критический момент
кр пропорционален
. Примерный вид механических харак-
теристик общепромышленных АД при двух значениях напряжения статора , изображен на рис. 6.9,б. Применение разомкнутых системы привода с такими АД практически неприемлемо, так как:
- при большинстве нагрузок устойчивая работа обеспе-
чивается при > кр, то есть практически отсутствует диапазон регулирования скорости;
- с уменьшением пропорционально
перегрузочная способность п= кр/
ном
.
снижается
Применение разомкнутых систем возможно с АД, имеющими повышенное скольжение. Механические характеристики упомянутых АД при двух значениях напряжения статора
могут выглядеть в виде графиков на рис.6.10.
129
Рис. 6.10. Механические характеристики АД
с повышенным скольжением
При этом следует отметить, что у АД с повышенным
скольжением весьма низкий КПД из-за большого активного
сопротивления ротора.
Рассматриваемый способ регулирования с общепромышленными АД иногда применяется в замкнутых системах
привода с обратной связью по скорости. Схема такой системы
приведена на рис. 6.11, где использованы следующие обозначения: РС – регулятор скорости (последовательное корректирующее устройство ПКУ); ТГ – тахогенератор (датчик обратной связи по скорости); ∗- сигнал задания скорости;тг – коэффициент передачи тахогенератора; ос – сигнал обратной
связи по скорости.
Рис. 6.11. Схема замкнутого привода с регулированием
скорости
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]