Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод переменного тока. Учебное пособие для СПО
.pdf
31
Механические характеристики асинхронного двигателя, получаемые при
0
0s
0
0
M
A
C
M
0
B
C
C
M
s
1
0
2
разном направлении вращения поля, представлены на координатной плоскости
М-s на рис. 1.22.
3) динамическое торможение, когда обмотки статора отключены от питающей сети переменного тока и подключены к источнику постоянного
напряжения.
Рекуперативное генераторное торможение реализуется, когда ско-
рость ротора выше синхронной скорости
;
. Для того, чтобы ско-
рость ротора превысила синхронную скорость, к валу двигателя должен быть
приложен внешний совпадающий со знаком скорости вращающий момент, это
может быть достигнуто при движении груза под уклон или в приводе подъемной лебедки при спуске груза. Расчет механической характеристики (рис. 1.22)
может проводиться по формуле Клосса (1.42).
Рис. 1.22. Механические характеристики рекуперативного торможения
асинхронного короткозамкнутого двигателя
Критический момент, определяемый по формуле (1.44), при условии от-
рицательного знака перед частью этой формулы, заключенной под знаком радикала, несколько больше, чем в двигательном режиме. Физически это объясняется тем, что потери на активном сопротивлении обмотки в двигательном
32
режиме уменьшают момент на валу двигателя, а в генераторном режиме мо-
02
02
0
01
M
1
C
M
02
2
3
мент на валу должен быть больше, чтобы компенсировать потери в статоре.
В режиме рекуперативного торможения асинхронная машина генерирует
и отдает в сеть активную мощность и должна потреблять из сети реактивную
мощность для создания электромагнитного поля. Для работы асинхронной
машины в режиме автономного генератора выводы обмотки статора подключают к конденсаторным батареям, с которыми обмотка статора обменивается
реактивной мощностью.
В процессе перехода двухскоростного двигателя, нагруженного статиче-
ским моментом МС (рис. 1.23), с высокой скорости (точка 1) на пониженную
(точка 3), после переключения схемы соединения обмоток двигатель начинает
работать в режиме генераторного торможения с рекуперацией энергии в сеть
на участке механической характеристики, расположенной во втором квадранте
(от точки 2 до точки
шего
, переходит в двигательный режим (точка 3).
), а затем при снижении скорости до значения, мень-
Рис. 1.23. Механические характеристики двухскоростного двигателя
с зоной рекуперативного торможения при переходе
с высокой скорости на пониженную
Для реализации режима динамического торможения статорные обмот-
ки отключаются от сети переменного тока и подключаются к источнику посто-
33
янного напряжения (рис. 1.24), переключатель SA переводят из положения 1 в
00
ДТ
2
E
2
E
2
I
положение 2.
Рис. 1.24. Схема динамического торможения асинхронного двигателя
При протекании по обмоткам статора постоянного тока, величина которо-
го регулируется реостатом r в воздушном зазоре асинхронной машины созда-
ется неподвижное электромагнитное поле (
). В обмотке ротора, кото-
рый вращается за счет запасенной кинетической энергии вращающихся эле-
ментов электропривода, наводится переменная эдс
рует электроэнергию. По действием эдс
начинает протекать ток
, то есть машина генери-
, кото-
рый, взаимодействуя с полем статора, создает на роторе электромагнитный
тормозной момент.
Схемы соединения обмоток статора могут быть различными [1], наиболее
используемыми являются схемы, показанные на рис. 1.25. Среди этих схем
наиболее просто реализуется схема, показанная на рис. 1.25, г, поэтому дальнейший анализ режима динамического торможения проведен для этой схемы.
Для удобства расчета статических характеристик необходимо заменить реальный постоянный ток возбуждения IВ эквивалентным постоянным током I
экв
, ко-
торый, протекая по трем фазным обмоткам, создает ту же намагничивающую
силу, что и ток IВ.
34
BЭKB
II 816,0
Рис. 1.25. Схемы подключения обмоток статора асинхронного
двигателя к источнику постоянного напряжения: а, г, ж – схемы подачи посто-
янного тока; б, д, з – направления протекания токов по статорным обмоткам;
в, е, и – сложение магнитодвижущих сил (МДС) фаз статора
В [1] доказано, что одинаковые м.д.с. достигаются при
. (1.64)
35
Ток намагничивания можно определить путем суммирования векторов
2
III
ЭКВm
s
s
s
s
M
M
кДТ
кДТ
кДТ
2
0
s
)x(2
x3
20
2
m
2
m
экв
кДТ
x
I
M
m
кДТ
xs
2
2
x
r
2
x
эквивалентного тока статора и приведенного тока ротора (рис. 1.25)
. (1.65)
Механические характеристики можно рассчитывать по приближенной
формуле, не учитывающей насыщение магнитной цепи двигателя [1, 18]
в которой скольжение s, критический момент М
s
определяются по формулам
кДТ
, (1.66)
и критическое скольжение
кДТ
; (1.67)
где хm – индуктивное сопротивление намагничивания;
; (1.68)
, (1.69)
- индуктивное сопро-
тивление рассеивания обмотки ротора.
Следует отметить, что критическое скольжение в режиме динамического
торможения существенно меньше критического скольжения в двигательном
режиме, определяемого по формуле (1.42), поскольку х
х
m
.
К
Механическая характеристика асинхронного двигателя в режиме дина-
мического торможения показана на рис. 1.26.
Регулировать тормозной момент и интенсивность динамического торможения можно, изменяя ток возбуждения (при уменьшении тока возбуждения
тормозной момент снижается). Если ток возбуждения превышает номинальное
36
значение, возникает насыщение магнитной цепи и возрастают потери в обмот-
0
0
M
C
M
B
C
KT
M
KT
M
s
KT
s
KT
s
1
A
ках статора.
Рис. 1.26. Механические характеристики электродинамического торможения
асинхронного короткозамкнутого двигателя
Нелинейность механической характеристики объясняется тем, что при
увеличении частоты тока ротора угол между векторами тока ротора и эдс ротора возрастает, размагничивающее действие реактивной составляющей тока
ротора будет возрастать, поэтому ток намагничивания, определяемый по формуле (1.65), будет уменьшаться.
Напряжение источника питания постоянного тока, обеспечивающее номинальный ток возбуждения, будет значительно меньше номинального напряжения, питающего обмотку статора в двигательном режиме [18].
Возбуждение асинхронного двигателя также можно осуществить путем
подключения конденсаторов к выводам обмотки статора асинхронной машины
(рис. 1.27). Такой способ торможения называется конденсаторным торможением [18], его часто применяют для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
С точки зрения энергетики этот вид торможения близок к динамическому торможению, так как механическая энергия преобразуется в электрическую
и выделяется в виде потерь в роторе двигателя.
37
1
0,2 0,3
а б
Рис. 1.27. Конденсаторное торможение: а – схема включения;
б - механические характеристики
При отключении двигателя от сети происходит его самовозбуждение за
счет остаточного магнетизма магнитной системы. Между обмоткой статора
двигателя и батареей конденсаторов происходит обмен энергией. Возникающий в обмотке статора ток создает магнитный поток в машине. В роторе возникают эдс и ток, который взаимодействует с магнитным полем статора и создает тормозной момент. Двигатель работает на участке характеристики от
точки В до точки С (рис. 1.27, б). Для проведения эффективного торможения
требуется относительно большая емкость конденсаторов. Нижняя граница самовозбуждения, достигаемая при снижении скорости вращения ротора, после
чего тормозной момент становится равным нулю, зависит от величины емкости
конденсаторов. При скорости ротора
происходит срыв самовоз-
буждения. Двигатель далее тормозится посредством самовыбега. Представленные на рис. 1.27, б механические характеристики асинхронного двигателя при
конденсаторном торможении имеют нелинейный характер.
Режим торможения противовключением может быть получен в двух
случаях [1, 18]:
- в режиме экстренного торможения, для этого меняют чередование фаз
при питании обмоток статора асинхронного двигателя;
38
- при активном статическом моменте на валу двигателя, когда груз опус-
)(tf
кается, а двигатель включен в направлении подъема и ограничивает скорость
спуска.
Устойчивая работа в режиме противовключения при опускании груза
возможна в электроприводе на базе двигателя с фазным ротором с обязательно
введенным большим добавочным сопротивлением в цепь ротора. Механическая характеристика такого электропривода показана на рисунке.
При торможении противовключением электромагнитное поле статора и
ротор асинхронного двигателя вращаются в разные стороны, скольжение
больше единицы (s1). Этот режим имеет крайне низкие энергетические показатели. В асинхронном короткозамкнутом двигателе при противовключении
ток превосходит пусковой и достигает 10-кратного и даже большего значения.
1.5. Приближенный расчет пусковых характеристик
асинхронного двигателя
Расчет пусковых динамических механических характеристик, имеющих
колебательный характер, выполняется на основе решения системы дифференциальных уравнений Парка – Горева [5, 14]. Однако, если требуется определить время пуска, можно провести приближенный расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя М = f(t) и
, определяющих характер из-
менения момента и скорости двигателя во времени, то есть закон движения
электропривода с использованием рассчитанных и построенных статических
механических характеристик.
Аналитический расчет связан с интегрированием уравнения движения
Ускорение ddt
М() – [ Мс()] = J
определяется отношением динамического момента,
d dt . (1.70)
равного разности момента двигателя и статического момента, к моменту инерции электропривода.
39
Поскольку уравнения, позволяющие построить статические механиче-
2
1
.iiicp
MMM
2
1
.
i
C
iC
iCcp
MM
M
ские характеристики асинхронного двигателя, и его связывающие переменные
- скорость и момент, являются нелинейными, и статический момент также
может изменяться при изменении скорости, при расчетах используют методы
численного интегрирования уравнения движения, например, метод Эйлера. В
этом случае механические характеристики двигателя должны быть заданы
графически или в виде таблиц.
В уравнении движения (2.3) выполняют замену бесконечно малых при-
ращений скорости d и времени dt малыми конечными приращениями i и
ti . На этих малых интервалах изменения скорости i и времени t текущие
значения моментов двигателя М() и сил сопротивления МС() заменяются их
средними значениями М
для каждого i-го интервала изменения скорости
бирать одинаковые значения
ср.i
и М
, которые будут постоянными значениями
Сср.i
. При расчетах удобно вы-
i
на всех участках разбиения механической ха-
i
рактеристики.
Значения М
ср.i
и М
определяются по формулам
Сср.i
; (1.71)
. (1.72)
На графике статических механических характеристик осуществляется
аппроксимация отдельных участков механических характеристик двигателя и
графика статического момента рабочего органа прямыми линиями.
С учетом принятых допущений уравнение движения (1.70) будет иметь
вид
М
ср.i
– М
С.ср. i
= М
дин.ср.i
= J i t
i .
(1.73)
Рассмотрим построение пусковых характеристик (t) и М (t) асинхрон-
ного короткозамкнутого двигателя, статическая механическая характеристика
40
М() которого приведена на рис. 1.28, а, статический момент МС() принима-
ем вентиляторным.
Первоначально разбиваем ось скорости механических характеристик на
ряд интервалов (приращений)
=
–
i
i
Интервалы угловой скорости на
i-1.
участках можно принимать как одинаковыми, так и различными. На последнем i = n интервале достигается установившаяся угловая скорость движения
электропривода. На каждом выбранном интервале угловой скорости по графику механических характеристикам (рис. 1.28, а) определяются интервальные
значения момента двигателя Мi и М
затем их средние значения: М
= (Мi + М
ср.i
и статического момента и МСi, М
i-1
) 2 и М
i-1
Сср.i
= (М
Сi
+ М
Сi-1
) 2.
Сi-1
, а
а б в
Рис. 1.28. Характеристики асинхронного электропривода:
а – статическая механическая; б - переходный процесс изменения скорости;
в – переходный процесс изменения момента
Полученные значения М
ср.i
и М
, а также выбранное значение
Сср.i
подставляются в соотношение (1.73). Определяется интервал времени
ti = J i (М
за который двигатель условно равноускоренно изменит скорость от
ср.i
– М
С.ср) ,
(1.74)
i- 1
до
под действием условно постоянного динамического момента
i ,
i
М
дин.ср.i
= М
ср.i
– М
. (1.75)
С.ср.i
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]