зеленов / УЧЕБ_ПОСОБИЕ_часть_2 / редакт / 15 продолж 2 15

Вентиль VD в цепи обмотки подмагничивания ДН необходим для того, чтобы не менять направление тока i_П. Для ДН безразлично направление тока подмагничивания. Величина сопротивления Х_L его рабочих обмоток определяется лишь абсолютной величиной тока подмагничивания, как это видно из характеристики рисунка 5.24.

Однако изменение полярности i_П и рост этого тока могут возникнуть при сбросе нагрузки, когда U_Т > U_З. В этом случае начинается ненужное подмагничивание ДН и увеличение напряжение на статоре АД вместо снижения его, что вызовет неустойчивую работу привода.

При пуске АД в первый момент U_Т=0, величина i_П максимальна, ДН подмагничен до насыщения, сопротивление его минимально, а напряжение на статоре наибольшее. Этому положению соответствует точка в на характеристиках рисунки 5.24 и 5.27. С ростом скорости растет U_Т и уменьшается i_П. Однако из-за значительного насыщения ДН это уменьшение i_П не имеет практического значения (см. рис. 5.24 ), так как сопротивление дросселя минимально. Разгон АД осуществляется по механической характеристикой вб, соответствующий наибольшему напряжению на статоре. В точке б начинается резкое размагничивание ДН, растет его сопро-тивление, и уменьшается напряжение на статоре АД.

Дальнейший пуск двигателя соответствует смешению рабочей точки по характе-ристике ба, если пуск АД осуществляется вхолостую или по характеристике ба₁ при какой-то величине М_С. Переход в тормозной режим противовключения осуществляется простым уменьшением U₃ без переключений в схеме.

Рассмотренная схема регулирования скорости АД разработана в институте автоматики НАН Украины. Обеспечивается диапазон регулирования скорости 8 10/1.

Возможно построение замкнутой системы регулирования скорости АД с включением ДН в цепь ротора машины (рис. 5.28).

Принцип работы этой системы заключается в плавном изменении добавочного сопротивления в цепи ротора АД, что меняет жесткость механи-ческой характеристи-ки.

При увеличении нагрузки и соответст-вующего снижения скорости АД умень-шиться U_T и возрастает напряжение управления U_у =U_З-U_T.

Растет ток под-магничивания i_П, снижается сопротивление ДН, включенного в ротор, что обеспечивает переход рабочей точки на механическую характеристику АД, соответствующую меньшему значению сопротивления ротора (то есть на более жесткую характеристику) – см. рисунок 5.29.

Если использовать ДН с несколькими обмотками управления, то такой ДН лучше называть силовым магнитным усилителем (СМУ). С помощью обмоток управления СМУ обеспечивается так называемая сила (F₁ в обмотке ОУ1), а также намагничивающие силы в обмотке ОУ2 отрицательной обратной связи по напряжению (F2) и в обмотке ОУ3 положительной обратной связи по току (F3 ) .

При соответствующем подборе параметров обратных связей соотношение обеспечивает автоматическое регулирование скорости АД при изменениях нагрузки (рис. 5.30). Здесь ТТ и ТН – трансформаторы тока и напряжения , обеспечивающие питание обмоток подмагничивания СМУ для реализации соответствующих обратных связей. Так как момент двигателя не пропорционален току статора и зависимость эта нелинейна, то обратная связь по току статора заменяется обратной связью непосредственно по электромагнитному моменту при помощи датчика Холла, встраиваемого в воздушном зазоре под полюсом. Такие машины со встроенными датчиками Холла отечественное электромашиностроение еще не производит.

Реверсивный асинхронный электропривод с СМУ для регулирования скорости получается очень громоздким и сложным, так как необходимы два дросселя с подмагничиванием для изменения чередования фаз на статоре АД (и в каждом СМУ – несколько обмоток управления для формирования различных обратных связей ) .Сопротивление фаз рабочих обмоток СМУ не столь велико, чтобы полностью устра-нить уравни-тельные токи (рис. 5.31) , замы-кающиеся через эти обмотки, ми-нуя АД, что приводит к асим-метрии напря-жений на ста-торах. Поэтому реверс АД осуществляется, с помощью контак-торов, меняющих чередование фаз на статоре. На рисунке 5.31 показаны лишь рабочие обмотки СМУ и ( штрихпунктиром ) контуры уравнительных токов.

15.7 Регулирование скорости асинхронных двигателей с помощью тиристорного регулятора напряжения на статоре (ТРН-АД )

Эта система регулирования скорости АД представляет собой логическое развитие системы регулирования с ДН в цепи статора. Вместо реактив-ного сопротивле-ния (дросселя насыщения ) в цепь статора вклю-чен тиристорный регулятор напря-жения (ТРН ), в котором меняется угол запаздывания () открывания тиристоров по отношению к началу полуволны фазного напряжения сети (рис. 5.32).

Изменениеот нуля до 150⁰-160⁰ соответствует изменению напряжения на двигателе от U_СЕТИ до нуля.

Кривая напряжения на статоре, питающая через ТРН имеет 5-ю, 7-ю, 11-ю и другие нечетные и некратные трем гармоникам. Однако амплитуды этих гармоник невелики и практически не влияют на развиваемый двигателем момент. Система управления тиристорами (СУТ ) в ТРН получает сигнал U_У, определяемый разностью задающего напряжения сравнения U_СР и напряжения U_Т тахогенератора. Таким образом при U_У= U_{СР –} U_Т обеспечивается введение в систему регулирования скорости жесткой отрицательной обратной связи по напряжению тахогенератора GT,то есть обратную связь по скорости.

Включение в каждую фазу АД встречно – параллельно двух тиристоров обеспечивает регулирование напряжения для двух полуволн (рис. 5.33). Невыключаемое активное сопротивление в 3-хфазах ротора необходимо для обеспечения более мягких искусственных характеристик разомкнутого электропривода, что несколько улучшает работу системы ТРН-АД.

Однако, возможно применение такой замкнутой системы регулирования и для короткозамкнутых АД. Механические характеристики замкнутой системы регулирования размещаются между двумя характеристиками ра-зомкнутой системы, соответствующими минимальному углу открытия тиристоров( ) и максимальному значению этого угла (_MAXград.эл.), как это показано на рисунке 5.34.

При таком угле открывания момент, развиваемый двигателем ,обычно меньше момента статического сопротивления при холостом ходе (М_С.Х). Таким образом, при работе в замкнутой системе регулирования скорости по мере увеличения нагрузки угол должен уменьшаться, увеличивая напряжение на статоре двигателя. При этом рабочая точка переходит с одной характеристики разомкнутой системы на другую образуя достаточно жесткую механическую характеристику замкнутой системы (см. пунктирные характеристики на рисунке 5.34) .

Уровень скорости двигателя в замкнутой системе определяется величиной напряжения сравнения. Большему значению UCР соответствует большая скорость двигателя.

На входе СУТ может быть включен усилитель, расчет необходимой величины, коэффициенты усиления которого приведен в [4].

Рассмотренная система регулирования скорости обеспечивает диапазон регулирования скорости 15 ее целесообразно использовать при кратковременном режиме работы из-за наличия повышенных потерь в роторе.

15.8 Регулирование электропривода с помощью асинхронной муфты скольжения

Асинхронная муфта скольжения (АМС) – простое и надежное устройство, с помощью которого можно не только регулировать скорость электропривода, но и предохранять (сглаживать) толчки момента, идущие от АД к рабочей машине или в обратном направлении. Кроме того, АМС служит для улучшения плохих пусковых свойств АД с короткозамкнутым ротором.

Устройство и принцип действия АМС.

На рисунке 5.35 показан разрез АМС, поясняющий ее устройство и принцип действия.

Муфта состоит из двух частей – ведомой и ведущей.

На внутренней части 1, называемой индуктором , расположена обмотка возбуждения, получающая питание через контактные кольца на валу . Наружная часть 2 муфты, называемая якорем – может быть из шихтованного железа с беличьей клеткой ( как у асинхронного двигателя ) или из массивного железа, в котором при работе муфты индуктируются вихревые токи.

В АМС сочетаются элементы асинхронного двигателя (наличие скольжения) и синхронной машины (поток возбуждения создается обмоткой постоянного тока). Рабочая машина (РМ) и АД могут присоединяться или к индуктору или к якорю АМС.

При вращении муфты в ее якоре индуктируется ток, взаимодействие которого с магнитным потоком в индукторе определяет создание вращающего момента. Для получения вращающего момента в АМС обязательно необходимо наличие скольжения между якорем и индуктором, отсюда и название муфты – АМС. Муфты такого типа выпускаются на передачу мощности до 500кВт, мощность обмотки возбуждения составляет % от мощности муфты, причем мощность возбуждения меньше у муфт большой мощности. Механические характеристики АМС из-за большого сопротивления якоря имеют небольшую жесткость (рис.5.36).

Величина момента создаваемого в АМС увеличивается с ростом тока управления i_У (тока возбуждения).

Как и в АД потери в АМС пропорциональны скольжению, то есть , где – скорость ведущей части муфты [5].

Улучшение пусковых свойств АД. Многие типы АД с короткозамкнутым ротором имеют очень малые пусковые моменты, что делает невозможным их пуск под нагрузкой (рис. 5.37), так как М_ПУС < М_С.

В этом случае АМС помогает улучшить плохие пусковые свойства такого асинхронного электропривода. АД запускается с невозбужденной муфтой на валу, когда момент сопротивления движению – это момент холостого хода М_Сх < М_ПУС. АД разгоняется до скорости холостого хода, после чего АМС постепенно возбуждается, растет передаваемый ею момент до значения М_С, а скорость снижается до

Регулирование скорости в замкнутой системе осуществляется путем введения в цепь питания обмотки возбуждения АМС жесткой отрицательной обратной связи по скорости (рис. 5.38).

С ростом нагрузки уменьшается скорость и напряжение U_T тахогенератора GT.

Напряжение управления U_У =U_З-U_T возрастает, увеличивается возбуждение АМС работа осуществляется уже на другой механической характеристике (см. рис. 5.36).

Таким образом, создается жесткая механическая характеристика электропривода в замкнутой системе регулирования (рис. 5.39). Для АМС большой мощности в цепь обмотки возбуждения включается промежуточный усилитель У.

Напряжение задания U_З определяет необходимую скорость АМС при М_С=Const. В замкнутых системах с АМС обеспечивается диапазон регулирования скорости 10. АМС хорошо зарекомендовали себя в электроприводе крупных вентиляторов.

Преимущества АМС: удобство управления, плавность регулирования скорости электропривода, малая мощность управления и надежность работы.

Недостаток АМС: малый КПД, габариты муфты соизмеримы с габаритами АД той же мощности, что увеличивает расход материалов и стоимость электропривода с АМС.

240