Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод переменного тока. Учебное пособие для СПО
.pdf
41
Далее выполняется сложение рассчитанных интервалов времени ti для
каждого i-го приращения скорости
, что позволяет получить текущее вре-
i
мя переходного процесса. Для каждого i-го интервала времени по графику
механической характеристики фиксируются конечные интервальные значения
скорости
i , и М.i
, с использованием которых строятся зависимости (t) М(t)
(рис. 1.28, б) и (рис. 1.28, в).
42
2. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
С ФАЗНЫМ РОТОРОМ
2.1. Конструкция и пусковые характеристики
асинхронного двигателя с фазным ротором
Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию (рис. 2.1), чем короткозамкнутые двигатели. Возможность включения в цепь ротора добавочных элементов и подключения к дополнительному
источнику добавочного напряжения несколько расширяет возможности регулирования их механических характеристик.
Рис. 2.1. Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором:
1, 7 – подшипники; 2, 6 – щиты подшипниковые; 3 – корпус; 4 – статор;
5 – ротор; 8 – вал; 9 – коробка выводов; 10 – лапы; 11– фазные кольца
Тем не менее, применение асинхронных двигателей с фазным ротором
должно быть обосновано требованиями, предъявляемыми к электроприводу
конкретного промышленного механизма.
Реостатные пусковые и регулировочные характеристики асинхронно-
го двигателя с фазным ротором получаются наиболее простым способом, заключающемся во введении добавочного активного сопротивления в цепь об-
43
мотки ротора, что позволяет ограничивать пусковой ток двигателя и регулиро-
2
21
2
1
22
xxr
Rr
s
Д
к
ДR2
2
22
2
2
2
2
)()(
Д
K
Rrsx
sE
I
])/[(2
)/(3
22
2210
22
2
1
K
Д
xsRrrs
sRrU
M
2
22
2
2
22
2
)()(
cos
Д
Д
Rrsx
Rr
вать скорость в небольшом диапазоне до Д = 3 : 1.
Естественные электромеханическая и механическая характеристики асин-
хронного двигателя с фазным ротором получаются при замыкании накоротко
выводов обмоток ротора, они рассчитываются по тем же формулам и имеют
такой же вид, как и у короткозамкнутого асинхронного двигателя. При включении в цепь ротора добавочного сопротивления (рис. 2.2, а) изменяется величина критического скольжения
где
- приведенное к статору добавочное активное сопротивление в цепи
, (2.1)
ротора.
Критический момент, определяемый по выражению (1.44), остается по-
стоянным, так как от величины добавочного сопротивления в цепи ротора не
зависит. Ток ротора, момент и коэффициент мощности цепи ротора двигателя определяются по формулам
; (2.2)
; (2.3)
. (2.4)
44
M
3доб
r
2доб
r
1доб
r
3R2R1
R
1K
2K
3K
Рис. 2.2. Схема реостатного
пуска АД
b
1П
M
2П
M
0
s
1
0
M
t
k
a
cde
Рис. 2.3 – Пусковые механические
характеристики АД
При введении добавочного активного сопротивления увеличивается
полное сопротивление цепи ротора и его активная составляющая, вследствие
этого уменьшается пусковой ток ротора, хотя его активная составляющая воз-
45
растает, увеличивается
2
cos
2
r
12
22
32
;
;
;
доб
доб
доб
de
rr
kа
cd
rr
ka
ac
rr
ka
12
22
32
;
;
.
ke
Rr
kа
kd
Rr
kа
kc
Rr
kа
цепи ротора, пусковой момент двигателя возрас-
тает. Добавочные сопротивления в цепи ротора выполняют секционированными, ступени сопротивлений перемыкаются пусковыми контакторами (рис. 2.2).
Требуемые величины добавочных сопротивлений на пусковых ступенях
наиболее просто рассчитывать графически [18]. На графике пусковых механических характеристик проведем линию максимального момента двигателя и
отметим точки пересечения этой линии с механическими характеристиками.
Заключенные между точками отрезки будут пропорциональны величинам сопротивлений ступеней. Отрезок ka пропорционален сопротивлению фазы обмотки ротора
.
Сопротивления ступеней и полные сопротивления цепи ротора опреде-
лятся следующим образом:
(2.5)
Максимальные пики момента при пуске должны ограничиваться, с учетом допустимых усилий в обмотках и температуры нагрева двигателя. Они не
должны превышать 0,85 критического момента [1, 2].
ным ротором в режиме динамического торможения. На рис. 2.4, б приведены
регулировочные статические механические характеристики электропривода:
линия 4 – при пониженном токе статора и максимальном сопротивлении в цепи
ротора; линия 5 – при максимальном токе возбуждения и закороченном роторе;
линия 6 – при пониженном токе статора и закороченном роторе.
2.2. Динамическое торможение
асинхронного двигателя с фазным ротором
На рис. 2.4, а приведена схема включения асинхронного двигателя с фаз-
46
r
m
до б
кДТ
x
R
s
2
22
x
r
а б
Рис. 2.4. Динамическое торможение асинхронного двигателя
с фазным ротором: а – схема включения: 1 – двигатель; 2 – регулировочный
резистор, включенный в цепь статора; 3 – резистор в цепи ротора;
б – статические характеристики: 4, 5, 6 – искусственные механические;
7 – электромеханическая
Регулировать тормозной момент и интенсивность динамического тормо-
жения можно, изменяя ток возбуждения (при уменьшении тока возбуждения
тормозной момент снижается), и путем введения в цепь ротора добавочного
сопротивления. Постоянный ток, величина которого регулируется реостатом
, подается от независимого источника в статорную обмотку, создавая в ней
неподвижное в пространстве и постоянное по величине магнитное поле. Механические характеристики можно рассчитывать по приближенной формуле
(1.66), не учитывающей насыщение магнитной цепи двигателя. Для регулирования тормозного момента при динамическом торможении асинхронного двигателя с фазным ротором в цепь ротора вводят добавочные сопротивления.
Критическое скольжение определяется по формуле
. (2.6)
47
Механические характеристики показаны на рис. 2.4, б. При изменении
добавочного сопротивления критический момент остается неизменным, критическое скольжение возрастает по мере увеличения добавочного сопротивления.
2.3. Асинхронный вентильный каскад
Наиболее распространенной системой АВК является каскад Шербиуса
(рис. 2.5), содержащий диодный мостовой выпрямитель, входы которого подключены к обмоткам ротора двигателя, а выходы соединены через сглаживающий дроссель со входами мостового инвертора, выходы которого соединены
через согласующий трансформатор с питающей сетью.
а
б в
Рис. 2.5. Асинхронный вентильный каскад: а – схема силовой части;
б – схема замещения; в – векторная диаграмма
48
В АВК выпрямленный ток Id и поток мощности
d
IE
2
2
U
2
i
2
U
dt
id
LEU
dдо бI222
1
21I
до б
Е
*2*2
2
*2
2
*2
2
2
*2
2
2
rUrUSS
rSx
E
I
p
k
;
3
2
2
12
*2
x
Srrr
r
d
;
2
2
*2
k
E
I
U
,
2
l
d
K
I
I
/6K
i
2
2
2
0
2
35,1
dd
I
x
IEM
имеют только
одно направление, вектор добавочного напряжения
ложно вектору тока ротора
, то есть фаза вектора добавочного напряжения
направлен противопо-
жестко определена в соответствие с соотношением [17]:
где
- единичный вектор тока ротора;
- добавочная эдс в цепи выпрям-
, (2.7)
ленного тока.
Если не учитывать сложные коммутационные процессы, связанные с
работой мостового выпрямителя (рассмотренные, например, в [11]), ток в цепи ротора можно определить по формуле:
, (2.8)
где
(2.9)
(2.10)
Ток в выпрямленной цепи определяется по формуле
(2.11)
где –
коэффициент схемы выпрямления.
Момент двигателя может быть определен по формуле [11]:
. (2.34)
49
Диапазон регулирования скорости АВК обычно составляет [21]:
.75.0
0
min
D
0
0
M
S
0
1
1
2
На рис. 2.6 штрихами выделена допустимая зона работы АВК в двигательном режиме.
(2.35)
Рис. 2.6. Механические характеристики АВК
Величина противо–эдс, вводимой инвертором в цепь ротора, обычно не
превышает 25% от эдс неподвижного ротора U2≤0,25U2к. При выборе инвертора, исходя из указанных условий, обеспечиваются приемлемые энергетические
показатели АВК. Однако инвертор, выбранный с учетом указанных условий,
не может обеспечить пусковые режимы АВК. Поэтому, в системах АВК обычно используются дополнительные, например резисторные, устройства пуска.
Функциональная схема управления АВК Шербиуса приведена на рис. 2.7.
Для управления АВК используют замкнутые системы с внутренним контуром регулирования током в выпрямленной цепи и внешним контуром регулирования скорости. Методика синтеза регуляторов системы управления электроприводом основывается на принципах синтеза систем управления электроприводом постоянного тока [3, 4, 16, 17, 21].
50
Рис. 2.7. Функциональная схема управления АВК Шербиуса
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]