Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод переменного тока. Учебное пособие для СПО
.pdf
21
A
B
C
A
B
C
2
21
2
1
'
2
xXxr
r
s
P
к
2
21
2
110
2
1
2
3
xXxrr
U
М
P
н
к
2
21
2
1
'
2
)( xxRr
r
s
д
к
2
21
2
110
2
1
)()(2
3
xxRrRr
U
М
дд
н
к
а б
Рис. 1.11. Введение добавочных элементов в цепь обмотки статора:
а – реакторов; б – резисторов
; (1.48)
; (1.49)
- при введении резистора (рис. 11, б)
; (1.50)
. (1.51)
Общий вид механических характеристик асинхронного двигателя при из-
менении сопротивлений в цепи статора представлен на рис. 12, а. Из выражений (1.47) – (1.50) видно, что при введении резисторов или реакторов в цепь
статора снижаются величины критического момента и критического
скольжения.
Регулирование напряжения питания. Магнитный поток асинхронного
двигателя, эдс и ток ротора пропорциональны напряжению питания [18]. При
снижении напряжения U1 критическое скольжение двигателя, определяемое по
выражению (1.42) и синхронная скорость, определяемая по выражению (1.3),
остаются постоянными.
22
)1(00s
0
0
M
S
0
1
kи
S
ke
S
ke
M
kи
M
ест
иск
0
0
M
S
0
1
kekи
SS
ke
M
kи
M
ест
иск
а б
Рис. 1.12. Естественная и искусственная механические характеристики:
а – при введении в цепь статора реактора или резистора;
б – при регулировании питающего напряжения
Критический момент в соответствии с выражением (1.43) зависит от
квадрата напряжения, поэтому уменьшение напряжения связано со значительным уменьшением критического и пускового момента при сохранении постоянства синхронной скорости и критического скольжения (рис. 1.12, б).
Преднамеренное снижение (регулирование) напряжения, подаваемого на
обмотки статора может использоваться для регулирования скорости двигателя
в небольшом диапазоне, но значительно чаще используется для обеспечения
плавного пуска, когда напряжение питания регулируется с помощью вентильных устройств плавного пуска (рис. 1.13, а).
При использовании типового устройства плавного пуска в каждую фазу
обмотки статора включается два соединенных встречно-параллельно тиристора. При регулировании угла управления тиристорами изменяется напряжение, подводимое к обмотке статора двигателя (рис. 1.13, б). Для обеспечения
контролируемого пуска асинхронного двигателя с ограничением тока выполняется замкнутая система автоматического управления.
Использование тиристорного регулятора напряжения позволяет также ре-
гулировать скорость в небольшом диапазоне
.
23
a
s
sM
M
HH
ДОП
б в
Рис. 1.13. Регулирование напряжения питания асинхронного двигателя:
а – схема тиристорного регулятора напряжения; б – мгновенные значения
питающего напряжения; в – допустимая область регулирования скорости
В соответствии с формулой (1.24) магнитный поток прямо пропорциона-
лен напряжению. Поэтому при уменьшении напряжения и неизменной частоте
уменьшается магнитный поток двигателя. Допустимый момент, который может
создавать двигатель при уменьшении напряжения, приближенно можно определить по формуле
. (1.52)
На рис. 1.13, в показана допустимая (не заштрихованная) область регули-
рования. Переход асинхронного двигателя в заштрихованную область на графике механических характеристик будет сопровождаться неустойчивой работой с возможным «опрокидыванием».
24
Изменение числа пар полюсов выполняется в асинхронных двигателях
специальных конструкций, в которых либо в пазах статора уложены независимые обмотки с различным значением числа пар полюсов, либо при наличии
одной обмотки статора, состоящей из двух полуобмоток, имеется возможность изменения схемы ее соединения и изменении направления тока в одной
из полуобмоток, что приводит к изменению в два раза числа пар полюсов. Поскольку равенство числа пар полюсов статора и ротора в асинхронном короткозамкнутом двигателе с обмоткой в виде «беличьей клетки» достигается автоматически, многоскоростные двигатели бывают только короткозамкнутыми.
Схемы соединения обмоток статора двухскоростного асинхронного двигателя «треугольник – двойная звезда» и механические характеристики приведены на рис. 1.14.
а б в
Рис. 1.14. Схемы соединения обмоток статора двухскоростного асинхронного
двигателя: а – треугольник; б – двойная звезда; в - механические
характеристики: линия 1 – «двойная звезда»; линия 2 – «треугольник»
а б
Рис. 1.15. Схема соединения двух обмоток статора двухскоростного
асинхронного двигателя «звезда»; б - механические характеристики:
линия 1 – «двойная звезда»; линия 2 – «звезда»
25
Схема соединения обмоток статора двухскоростного асинхронного двига-
n
ЭЛ
n
pp
f
1
1
1
2
1
1
1
1
1
fk
U
fk
E
Ф
В
1
3
5
4
6 2
+
-
T
R
C
L
T
K
~
И
АД
теля «звезда» и механические характеристики «звезда – двойная звезда» приведены на рис. 1.15. Пониженная скорость меньше высокой скорости в 2 раза.
Регулирование частоты и подведенного напряжения. От частоты питающего напряжения зависят: синхронная угловая скорость, определяемая по
формуле
, (1.53)
критический момент, определяемый по формуле (1.43); критическое скольжение, определяемое по формуле (1.42); реактивные сопротивления обмоток статора и ротора Х1 и Х2, определяемые по формулам (1.17)-(1.18). Следует учитывать, что с изменением частоты питающего напряжения изменяется магнитный поток двигателя
, (1.54)
поэтому в большинстве случаев при изменении частоты питающего напряжения необходимо менять и его амплитуду. При управлении асинхронным электродвигателем с помощью преобразователя частоты в системе «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (рис. 1.16) регулирование скорости
двигателя может производиться плавно в широком диапазоне как вверх, так и
вниз от ее номинального значения [4, 6-13].
Рис.1.16. Схема силовой части системы «преобразователь частоты -
асинхронный двигатель»
26
Если рассматриваются процессы при регулировании частоты
1
f
нf1
0
1
1
1
н
f
f
н
f
f
1
2
1
1
S
S
0
н
U
U
1
1
0
2
'
2
'
2
0
2
'
2
'
2
33 IR
s
IR
M
, отлича-
ющейся от номинальной частоты
, наиболее удобно регулируемые парамет-
ры представлять в относительных единицах [4, 14]. Параметр является относительным значением частоты питания; параметр - абсолютным скольжени-
ем:
; (1.53)
. (1.54)
При частотном управлении относительное скольжение определяется
. (1.55)
Абсолютное и относительное скольжения связаны соотношениями
, (1.56)
При частотном управлении относительное значение первой гармоники
напряжения питания двигателя определяется:
. (1.57)
Схема замещения асинхронного двигателя при частотном управлении
приведена на рис. 1.17. Используя схему замещения, формулы (1.53)-(1.57) и
формулы, полученные для случая питания двигателя от источника номинального напряжения и частоты, можно записать основные уравнения для асинхронного двигателя при частотном управлении. Момент двигателя определяется по формуле
. (1.58)
27
X
m
1
R
22
R R
S
•
1
I
•
2
I
•
m
I
R
m
1
X
2
Х
1Е
H1
U
2
21
2
21
22
k
1
'
2
)()/(
m
н
xs
rr
srrх
U
I
])()/([
3
2
21
2
21
22
k0
22
1
m
н
xs
rr
srrхs
U
M
22
2
1
1
'
2)(
1
k
m
к
xr
x
r
RS
)1)((2
3
22
2
1
222
110
22
1
),(
m
x
r
xrr
U
М
k
н
к
Рис. 1.17. Схема замещения АД при частотном управлении
В соответствие со схемой замещения ток ротора определится [18]
Момент двигателя можно рассчитать по формуле
Критическое значение относительного скольжения определяется по
формуле
Критическое значение момента
. (1.59)
. (1.60)
. (1.61)
«минус» - для генераторного.
. (1.62)
В формулах (1.61), (1.62) знак «плюс» - для двигательного режима,
28
Закон частотного управления, называемый линейным, обычно записыва-
/
нЕ
н
m
fc
jx
r
IU
Ф
1
1
1
11
)(
)(
/r
1
/
)(11fFU
ют в виде U1 / f 1 = const или
на управления падение напряжения на активном сопротивлении статора r
= const . Однако, при реализации этого зако-
су-
1
щественно влияет на величину магнитного потока двигателя. Анализируя схему
замещения (рис. 1.17) можно получить выражение для магнитного потока при
частотном управлении
По мере уменьшения возрастает значение
. (1.63)
, что приводит к сниже-
нию магнитного потока и вызывает снижение критического момента. Регулировочные механические характеристики, полученные при этом законе регулирования, показаны на рис. 1.18 сплошными линиями. Для обеспечения посто-
янства критического момента соотношение
изменяют по нелинейным за-
конам, осуществляя компенсацию падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора, нелинейная зависимость
показана
на рис. 1.19 сплошной линией.
Рис. 1.18. Механические характеристики асинхронного двигателя при
частотном управлении
29
m
Ф
1
f
0
1
f
1 H
f
1H
U
1
U
1 опт
f
Рис. 1.19. Зависимость
)(11fFU
Наиболее рациональное регулирование скорости достигается при условии
поддержания на неизменном уровне магнитного потока двигателя
, механи-
ческие характеристики показаны на рис. 1.18 пунктирными линиями.
Выбор нелинейных законов частотного управления определяется требованиями технологического процесса и режимом работы агрегатов. Закон ча-
стотного регулирования U1 /
= const, применяемый при регулировании
скорости вверх от основной, обеспечивает условие постоянства мощности.
Статические механические характеристики показаны на рис. 1.20.
Рис. 1.20. Естественная и искусственные механические характеристики
при законе управления / =const
30
Закон частотного регулирования U1 /
2
1
f
2
1
f
= const применяется при венти-
ляторной нагрузке. Регулирование осуществляется вниз от основной скорости.
Механические характеристики приведены на рис. 1.21.
Рис. 1.21. Естественная и искусственные механические характеристики при
законе управления U1 /
= const
1.4. Тормозные режимы асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором
Асинхронный короткозамкнутый двигатель может работать в следующих
тормозных режимах:
1) рекуперативное торможение с отдачей активной энергии в сеть и потреблением реактивной энергии из сети. Это генераторный режим работы параллельно с сетью при скольжении s< 0, в этом режиме механическая характеристика двигателя находится во втором квадранте (рис. 1.22);
2) торможение противовключением при скольжении s>1.
Реализация возможна двумя методами:
- изменением чередования фаз обмотки статора, сопровождающееся изменением направления вращения поля статора и переходом двигателя на механическую характеристику, расположенную во втором квадранте;
- работа в четвертом квадранте механических характеристик, например,
при активном статическом моменте.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]