зеленов / eletsehomt48

возбуждения (это прямая задача электропривода).

2.10.1 Уравнения электромеханических и механических характеристик

Все варианты потенциометрических схем включения двигателя с последовательным возбуждением могут быть представлены на одной общей схеме (рис. 2.74). Решение уравнений, составленных для этой схемы включения, позволяет получить общее аналитическое выражение для построения механических характеристик двигателя при любом варианте включения его обмоток. Далее дается анализ общей схемы включения и вывод уравнений для построения характеристик.

На схеме рис. 2.74 показаны три варианта возможного включения обмотки последовательного возбуждения (ОПВ). При варианте I в сопротивление RЯ входят сопротивления собственно обмотки якоря и щеток (rЯ и rЩ), сопротивление дополнительных полюсов (ДП) и компенсационной обмотки (КО), а также сопротивление ОПВ (показана на рисунке пунктиром и обозначена как I).

При варианте II в сопротивление RС входит и сопротивление ОПВ (обозначена пунктиром как II).

При варианте III сопротивление ОПВ (обозначено на рис. 2.74 как III) входит в состав RШ.

Получим уравнение электромеханической характе-

Рисунок 2.74

227

ристики ω = f ( IЯ ), так как это уравнение позволяет перестроение электромеханической характеристики в механическую ω=f(М), если ток якоря равен току возбуждения

(IВ).

Представим теперь исходные уравнения, описы-

Ток возбуждения двигателя (в общем случае обозначаемый через IВ) для различных вариантов включения ОПВ будет равен:

I вариант, IВI = IЯ ;

II вариант, IВII = IС ;

III вариант, IВIII = IШ .

Из уравнений (2.132) и (2.133) найдем значения токов IШ и IС, выраженные через ток якоря IЯ:

Таким образом, соотношения (2.134) и (2.135) позволяют для всех вариантов схемы знать ток возбуждения машины IВ=f(IЯ).

Подставляя значение IС в уравнение (2.131), полу-

228

чим

UН = Е + RЯ IЯ + RС × UН + IЯ RШ . RШ + RС

Решаем это уравнение относительно Е и получим:

В относительных единицах –

Уравнения (2.138) и (2.139) позволяют по заданным величинам RЯ, RС и RШ построить электромеханическую характеристику ω=f(IЯ). Для того, чтобы перестроить эту характеристику в координаты ω=f(М), то есть получить механическую характеристику, необходимо для каждого из вариантов включения ОПВ знать ток возбуждения IВ, выраженный через IЯ по соотношениям (2.134) и (2.135).

По универсальной характеристике М=f(I) расчет можно проводить только для I-го варианта включения ОПВ, когда IВ=IЯ. При расчетах для других вариантов необходимо пользоваться формулой

229

где МИ – искомый момент, развиваемый двигателем при искусственной параметрической схеме включения;

М – момент, найденный по универсальной характеристике М=f(I) для соответствующего тока возбуждения

(I=IВ);

IЯ – ток якоря при данной искусственной параметрической схеме включения.

Соотношение (2.140) получается из рассмотрения двух зависимостей для моментов при одном и том же потоке и разных токах якоря:

1)М = СФВ IВ ,

2)МИ = СФВ IЯ ,

М= IВ , откуда МИ = М IЯ .

МИ IЯ IВ

Здесь М – момент, создаваемый двигателем в том случае, когда в якоре и ОПВ течет один и тот же ток;

МИ – момент, создаваемый двигателем при том же потоке возбуждения, но при другом токе якоря.

2.10.2 Механические характеристики при различных вариантах включения обмотки последовательного возбуждения

Не рассматривая подробно получение всех характеристик по уравнению (2.138) при различных вариантах включения ОПВ, приведем лишь конечный результат таких расчетов механических характеристик ω=f(М) для практически встречающихся вариантов схем по-

Рисунок 2.75

230

по рис. 2.76).

Двигатель включен через делитель напряжения RШ-RС, на двигатель подается часть напряжения сети (падение на RШ). При малых

Рисунок 2.76

нагрузках работа двигателя при этом варианте включения неустойчива. Поэтому этот вариант (I-й) включения нашел очень ограниченное применение (рис. 2.75).

II-й вариант (характеристики по рис. 2.78).

В этом варианте шунтируется только RЯ (рис. 2.77), все время

раторном режиме с рекуперацией энергии возможен быстрый переход с одной характеристики на другую. Схема применяется для предварительного замедления и для приводов с протягивающим грузом.

231

Рисунок 2.78

ристики можно получить устойчивыми для двигательных и генераторных

режимов работы. Такие характеристики применяются в крановом электроприводе для механизмов подъема. Они обеспечивают устойчивые малые скорости при силовом спуске малых грузов. А в генераторном режиме – устойчивый спуск средних и больших грузов.

232

Рисунок 2.80

Г л а в а т р е т ь я

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

3.1 Электромеханические свойства электроприводов с асинхронными двигателями в двигательном режиме работы

3.1.1 Общая оценка асинхронных электроприводов

Асинхронные электроприводы получают все большее применение в различных отраслях промышленности,

233

интенсивно вытесняя электроприводы с двигателями постоянного тока. Широко применяются асинхронные электроприводы для нормальных (не специальных) кранов, простых металлорежущих станков, различных вспомогательных механизмов прокатных станов. Почти монопольное применение получили АЭП для многих так называемых общепромышленных механизмов (вентиляторы, насосы, конвейеры, лифты и др.).

АЭП уступает электроприводам с двигателями постоянного тока лишь в том случае, когда необходимо получить большой диапазон регулирования скорости, большое число включений привода в час либо плавное регулирование скорости. Следует, однако, отметить, что в современных АЭП с питанием от вентильных преобразователей частоты можно получить плавное регулирование скорости двигателя в весьма большом диапазоне скоростей [1].

Для мощных (тысячи кВт) нерегулируемых приводов АЭП успешно конкурирует с синхронным электроприводом (СЭП).

Преимущества АЭП:

-дешевизна и простота конструкции асинхронного двигателя (АД);

-большая надежность АД по сравнению с двигателем постоянного тока, имеющим коллектор;

-высокий коэффициент полезного действия;

-простота и дешевизна преобразователя энергии при простой схеме питания АД от сети через трансформатор.

Недостатки АЭП:

-пропорциональность вращающего момента АД квадрату питающего напряжения;

-уменьшение пускового момента (МПУСК) и максимального момента (МК) АД при снижении напряжения на его статоре;

234

-перегрев статора АД при повышении напряжения питания сети;

-перегрев ротора АД при понижении напряжения питающей сети;

-малый воздушный зазор, снижающей надежность работы АД;

-большой ток холостого хода.

3.3.2 Внутренние сопротивления и сопротивление «линии ротора»

Внутреннее сопротивление каждой из фаз ротора АД складывается из следующих составляющих (рис.3.1):

rфΔ - активное сопротивление фазы ротора; xфΔ - реактивное сопротивление фазы ротора;

rщ - активное сопротивление щетки и кольца фазы. Обмотка ротора может быть соединена как в звезду,

так и в треугольник, а добавочное сопротивление (rдоб), как правило, соединяется в звезду.

Для расчетов сопротивлений в цепи ротора и для расчетов механических характеристик АД введено понятие сопротивления линии ротора (R2), которое определяется следующим образом (здесь и далее индекс «2» относится к параметрам цепи ротора, индекс «1» - к параметрам цепи статора АД):

где r21 - приведенное к статору сопротивление фа-

зы обмотки ротора. Оно определяется следующим образом:

где r2 – реальное сопротивление фазы ротора (не приведенное к статору);

235

к - коэффициент трансформации сопротивлений

Здесь w1 и w2 - число витков в одной фазе статора и

ротора; к1 и к2 - обмоточные коэффициенты статора и рото-

ра;

U1Н - номинальное линейное напряжение статора; Е2Н - номинальная ЭДС ротора (ЭДС между коль-

цами неподвижного разомкнутого ротора).

Аналогично рассчитывается и приведенное реактивное сопротивление ротора:

Если обмотки ротора АД соединены в треугольник, то его необходимо пересчитать на эквивалентную звезду по соотношениям:

Формулы пересчета (3.6) получаются из условия равенства потерь в обмотках, соединенных в звезду или в треугольник. При этом

Сопротивление щеток rЩ определяется из условия падения напряжения на щетке в 1 вольт ( UЩ=1 В):

DU

rщ = I щ , (3.7)

2н

236