Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод переменного тока. Учебное пособие для СПО
.pdf
СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
_______________________________
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В.Н. Мещеряков
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СПО
3-е издание, исправленное
Липецкий государственный технический университет
Профобразование
Липецк • Саратов
24
20
УДК 621.31
ББК 31.291
М56
Кафедра электропривода, автоматики и управления в технических системах
Мещеряков, В.Н.
М56
В.Н. Мещеряков. — 3-е изд., испр. — Липецк : Изд-во Липецкого
государственного технического университета ; Саратов : Профобразование,
2024. — 66 с. — (Среднее профессиональное образование). — Текст : электронный.
ISBN 978-5-00175-288-2 (Изд-во ЛГТУ)
ISBN 978-5-4488-2055-7 (Профобразование)
Рецензенты:
Воронежского государственного технического университета;
Храмшин В.Р. — д-р техн. наук, проф.;
Крюков О.В. — д-р техн. наук
Электрический привод переменного тока : учебное пособие для СПО /
В учебном пособии рассматриваются особенности построения систем
электропривода переменного тока, их статические электромеханические и
механические характеристики в двигательном режиме и при торможении;
анализируются способы регулирования скорости электроприводов, выполненных
на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя, асинхронного двигателя
с фазным ротором и синхронного двигателя.
Подготовлено в соответствии с требованиями Федерального государственного
образовательного стандарта среднего профессионального образования.
Предназначено для изучения дисциплины «Электрический привод» по
специальностям «Электрические машины и аппараты», «Техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и электромеханического оборудования».
УДК 621.31
ББК 31.291
ISBN 978-5-00175-288-2 (Изд-во ЛГТУ)
ISBN 978-5-4488-2055-7 (Профобразование)
© ФГБОУ ВО «Липецкий государственный
технический университет», 2020
© Оформление. ООО «Профобразование», 2024
© Мещеряков В.Н., 2017
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................... 4
1. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО
КОРОТКОЗАМКНУТОГО ДВИГАТЕЛЯ...................................................... 5
1.1. Принцип работы, основные зависимости и уравнения
асинхронных двигателей................................................................................... 5
1.2. Статические электромеханические
и механические характеристики асинхронного двигателя ....................... 11
1.3. Искусственные (регулировочные) статические характеристики
асинхронных короткозамкнутых двигателей .............................................. 20
1.4. Тормозные режимы асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором ........................................................................ 30
1.5. Приближенный расчет пусковых характеристик
асинхронного двигателя .................................................................................. 38
2. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
С ФАЗНЫМ РОТОРОМ ................................................................................. 42
2.1. Конструкция и пусковые характеристики
асинхронного двигателя с фазным ротором ................................................ 42
2.2. Динамическое торможение асинхронного двигателя
с фазным ротором ............................................................................................ 45
2.3. Асинхронный вентильный каскад ........................................................ 47
3. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ НА БАЗЕ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ...... 51
3.1. Принцип работы синхронного двигателя .............................................. 51
3.2. Математическое описание синхронного двигателя ............................. 53
3.3. Анализ установившегося режима работы
синхронной машины ........................................................................................ 55
3.4. Пуск синхронного двигателя ................................................................... 59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................ 63
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................... 64
4
ВВЕДЕНИЕ
Электрические приводы переменного тока предназначены для преобра-
зования электрической энергии в механическую энергию и способны к обратному преобразованию этих видов энергии с отдачей электрической энергии в
трехфазную питающую сеть. В состав электропривода входят: электродвигатель, вентильный преобразователь энергии, соединенный с питающей сетью,
механическая часть привода, соединенная с валом электродвигателя, а также
система автоматического управления. В современном промышленном производстве наиболее широко используются электроприводы переменного тока,
построенные на базе простого и надежного асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором.
Под нерегулируемым понимают электропривод, работающий с постоян-
ной или изменяющейся в незначительных пределах скоростью вращения [18].
Для нерегулируемых электроприводов характерно непосредственное включение электродвигателя в питающую сеть без промежуточных преобразователей
электрической энергии [18]. В системах регулируемого электропривода осуществляется управление выходными переменными двигателя с помощью вентильных преобразователей и систем автоматического управления. Системы
нерегулируемого и регулируемого асинхронного электропривода широко применяются на производственных механизмах общепромышленного назначения
(компрессоры, насосы, вентиляторы, мостовые краны др.), для которых важным является простота и надежность приводного двигателя.
5
1. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО
120
КОРОТКОЗАМКНУТОГО ДВИГАТЕЛЯ
1.1. Принцип работы, основные зависимости и уравнения
асинхронных двигателей
Асинхронный короткозамкнутый двигатель имеет простую конструкцию, что определяет его низкую стоимость, высокую надежность и конкурентоспособность при выборе системы электропривода. Неподвижная часть (статор) асинхронных двигателей, подразделяемых на короткозамкнутые и с фазным ротором, одинакова. Вращающаяся часть (ротор) у короткозамкнутых
двигателей выполняется в виде «беличьей клетки», у двигателей с фазным ротором выводы трех обмоток соединены с контактными кольцами. Конструкция
ротора определяет регулировочные возможности электродвигателя и, следовательно, область использования в промышленности. Общий вид асинхронного
короткозамкнутого двигателя показан на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Общий вид асинхронного короткозамкнутого двигателя
На статоре трехфазного асинхронного двигателя располагается трехфаз-
ная обмотка, оси фаз которой сдвинуты друг относительно друга на
. Бу-
дем считать воздушный зазор равномерным, машину симметричной, обмотки
статора равномерно распределенными. Если обмотка статора питается трехфазным симметричным синусоидальным напряжением, характеризующимся
6
углом сдвига между мгновенными значениями фазных напряжений
3/2
120
0
0
;
120 ;
120 .
A Am
B Bm ЭЛ
C Cm ЭЛ
i I sin t
i I sin t
i I sin t
ЭЛ1
A
B
C
i
t
0
2
134
5
Рис. 1.2. Система трехфазных токов в обмотке статора
асинхронного двигателя
´
´
1
4
26
3
5
1
4
26
3
5
´
´
1
4
26
3
5
´
´
1
4
26
3
5
´
´
1
4
26
3
5
´
´
1
4
26
3
5
´
´
0 1 2
43 5
AAAAAABBBBB
B
CCCCC
C
Рис. 1.3. Принцип получения магнитодвижущей
силы вращающегося магнитного поля
, то по фазным обмоткам статора протекают фазные токи
или
где IАm, IВm, IСm - амплитудное значение фазных токов статора;
(1.1)
- круговая
частота питающего статор напряжения; t – время.
7
Круговая частота напряжения определяется по формуле
11
f2
ЭЛ
120
n
p/2
n
ЭЛ
n
H
pp
f
0
1
0
2
, (1.2)
где f1 – частота напряжения питания.
Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на формировании
вращающегося электромагнитного поля, образующегося вследствие пространственного сдвига фазных обмоток статора и временного сдвига фазных напряжений в электромагнитной системе машины.
Если число пар полюсов обмотки статора равно единице (pn=1), то за
время равное периоду напряжения питания максимум магнитной индукции
поворачивается на 2радиан, то есть совершает полный оборот в плоскости,
перпендикулярной оси машины. Если число пар полюсов больше единицы, то
соответственно увеличивается число секций обмотки, они будут сдвинуты
геометрически друг относительно друга на угол
/pn, и за время равное пе-
риоду напряжения питания максимум магнитной индукции поворачивается на
угол
. Фазные статорные обмотки асинхронного двигателя соединяют в
звезду или треугольник. При соединении статорных обмоток в звезду к каждой
фазной обмотке прикладывается фазное напряжение питающей сети, а при соединении статорных обмоток в треугольник - линейное напряжение питающей
сети в 3 раз большее фазного напряжения сети.
Скорость вращения электромагнитного поля статора двигателя, называ-
емая также синхронной угловой скоростью [22], при номинальной частоте питающего напряжения f1H определяется
. (1.3)
При протекании по обмотке статора асинхронного двигателя тока сило-
вые линии магнитного поля статора движутся в пространстве и пересекают
стержни беличьей клетки (или витки фазной обмотки ротора), что приводит к
8
наведению в них эдс, под действием которой в обмотке ротора протекает ток.
0
0
S
1S0
1S
0S
)1(0s
nЭЛЭЛ
p
02
sff
12
m
Ф
m
Ф
В результате взаимодействия магнитного поля статора и тока ротора создается
электромагнитный момент, вращающий ротор асинхронного двигателя.
Разность между синхронной угловой скоростью и угловой скоростью ро-
тора, отнесенная к синхронной угловой скорости называется скольжением
. (1.4)
В двигательном режиме
, в генераторном режиме противовклю-
чения
, в генераторном режиме рекуперации энергии в сеть
.
Используя формулу (4) можно записать выражение
. (1.5)
В номинальном режиме скорость вращения ротора незначительно отли-
чается от скорости вращения поля, номинальное скольжение составляет для
асинхронных двигателей мощностью 2 - 200 кВт общего назначения порядка
sH = 0,02…0,05, при увеличении мощности двигателя номинальное скольжение
уменьшается [18].
Круговая частота эдс ротора определяется по формуле
. (1.6)
Частота эдс ротора связана с частотой питающего статор напряжения
зависимостью
. (1.7)
Результирующий магнитный поток в воздушном зазоре машины
об-
разуется в результате взаимодействия магнитных потоков, создаваемых токами
статора и ротора.
Зная величину
можно определить эдс фазной обмотки статора
9
m1111
44,4 ФkWfE
об
sEФkWsfФkWfE
Кобоб
2m221m2222
44,444,4
11об1 m 1 об1
1
2 2 2 об2 m 2 об2
4,44
,
4,44
e
f w k Ф w k
E
k
E f w k Ф w k
об1
k
об2
k
1
w
2
w
12
ww
е
k
11
UE
e
K
k
U
E
1
2
, (1.8)
и эдс фазной обмотки ротора, вращающегося со скольжением s:
где Е2К – эдс фазной обмотки неподвижного ротора.
Коэффициент трансформации эдс определяется
(1.10)
, (1.9)
где
моток по пазам статора и ротора,
,
– обмоточные коэффициенты, учитывающие распределение об-
,
– число последовательно соединенных
витков в фазных обмотках статора и ротора.
Для удобства анализа протекающих в двигателе процессов параметры
обмотки ротора приводятся к обмотке статора. Смысл приведения заключается
в замене действительной роторной обмотки фиктивной, имеющей такое же
число фаз и витков (
ки статора. Число витков роторной обмотки изменяется в
) и тот же обмоточный коэффициент, что и у обмот-
раз. Приведение
параметров цепи ротора производится с использованием коэффициента трансформации на основе сохранения равенства мощности и магнитного потока в
реальном и приведенном асинхронном двигателе, условия работы цепи статора
остаются неизменными.
При неподвижном роторе к его обмотках наводится эдс, обозначаемая
[1] Е2К, которую при разомкнутом роторе двигателя и при допущении
можно определить по формуле
, (1.11)
10
где Ке - коэффициент трансформации двигателя.
e
kEE
22
e
kII /
22
2
1 1 î á1 1 1 î á1
21
2 2 2 2
1 2 2 î á 2 2 2 î á 2 2
;
e i e
m w k m w k
mm
r r k k r k r
m m w k m w k m
2
1 1 î á1 1 1 î á1
21
2 2 2 2
1 2 2 î á 2 2 2 î á 2 2
.
e i e
m w k m w k
mm
x x k k x k x
m m w k m w k m
Ä2
R
Д
RrR
222
1
Ф
2
Ф
111
2 Lfx
s22
221222
ном
xsLfLfx
Приведенные эдс, ток ротора и сопротивления обмотки ротора определя-
ются:
; (1.12)
; (1.13)
(1.14)
(1.15)
В цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором может вво-
диться добавочное сопротивление
, в этом случае суммарное активное со-
противление цепи ротора будет равно
. (1.16)
Индуктивное сопротивление обмотки статора обусловлено х1 обусловле-
но потоком рассеяния статора
, а индуктивное сопротивление вращающего-
ся ротора, зависящее от частоты тока ротора, а следовательно, от скольжения потоком рассеяния ротора
. Индуктивные сопротивления обмоток статора
и неподвижного ротора определяются по выражениям
; (1.17)
. (1.18)
Активные и индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора, а
также эдс неподвижного ротора приводятся каталогах электрических машин.
Активные сопротивления обмотки статора и ротора определяются конструктивным исполнением машины [4].
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]