Техн ЕМБ / Лек ТЕД

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Тоді:

Eд CeФkin .

Ця ЕРС відрізняється від Ud спадом напруги на активному опорі якірної обмотки rя . Враховуючи позакомутаційні та комутаційні інтервали часу:

ному режимі машини без фазового регулювання напруги з формули

(24.8):

Струм ВД має складну форму, обумовлену машинними та мережевими пульсаціями. Ці пульсації накладаються одна на одну зі змінною частотою ЕРС у фазі. Середнє значення пульсуючого струму для двигунового режиму

Середнє значення обертаючого моменту ВД

171

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Таким чином, одержані електромеханічні залежності вентильного двигуна подібні до аналогічних залежностей двигуна постійного струму. Головна відмінність вентильного двигуна від двигуна постійного струму у значному впливі реакції якоря й процесу машинної комутації на значення магнітного потоку. Тому розглянемо дії реакції якоря у ненасиченому двигуні з ідеальною демпферною обмоткою на роторі (симетрична короткозамкнена rоб 0; xоб 0 ). В такому разі

магнітний потік якоря переміщується в просторі стрибками, поворотом на 60˚, а в позакомутаційні інтервали часу залишається нерухомим. При цьому магнітний потік якоря в обох випадках перетинає стрижні демпферної обмотки ротора, який рівномірно обертається, й наводить в них ЕРС.

Ця ЕРС викликає в обмотці струм, МРС якого перешкоджає переміщенню потоку якоря відносно ротора. Отже, МРС якоря, яка стрибкоподібно обертається відносно ротора й демпферної обмотки, збуджує нерухомий відносно ротора магнітний потік. Тому можливо вважати, що в повітряному зазорі двигуна існують два магнітні потоки

– збудження та реакції якоря, які нерухомі один відносно одного й рівномірно обертаються з ротором.

Аналізуючи, доцільно розглядати й МРС реакції якоря як результат сукупної дії МРС усіх фаз обмотки якоря й демпферної обмотки ротора, яка згладжує нерівномірне обертання МРС якоря. В цьому разі частота обертання МРС реакції якоря рівномірна й відповідає частоті обертання ротора. Цей же процес можна уявити як результат взаємодії всіх основних та вищих просторових гармонік МРС фаз якоря (нерухомих у просторі) й демпферної обмотки ротора.

Таким чином, аналізуючи дію реакції якоря, можливо вважати,

172

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

що в повітряному зазорі діє тільки перша гармоніка МРС реакції якоря, а поле під полюсом має форму, аналогічну до поля синхронної машини.

Розглянемо дію реакції якоря з використанням просторової векторної діаграми МРС та магнітних потоків двигуна, вважаючи їх синусоїдними в повітряному зазорі (рис. 5.8).

а– неявнополюсний двигун;

б– генератор

Рисунок 5.8 – Векторні діаграми ЕРС та потоків

В неявнополюсному двигуні по подовжній осі d ротора напрямлена МРС збудження Fзб .

На рис. 5.8 позначено:

к – кут зсуву робочого потоку машини Ф під дією реакції яко-

ря;

Фп – поперечний потік;

173

своїми обмотками. Якщо демпферна обмотка не ідеальна, то слід враховувати і її потік розсіювання.

Розглянутий аналіз впливу реакції якоря охоплює практично всі режими роботи машини, за винятком режиму зрушення з місця. В цьому режимі ротор ще нерухомий (або обертається повільно) й згладжування Фя демпферною обмоткою не виникає. При зрушенні з мі-

сця потік реакції якоря створюється тільки струмом в його обмотках. Крім того, в цьому режимі ЕРС обертання відсутня, тому комутація відбувається напругою мережі. Тому момент комутації вибирають не з умови забезпечення інвертування, а з доцільності реалізації найбільшого обертаючого моменту.

Рисунок 5.9 – Векторна діаграма МРС для вентильного двигуна при зрушенні з місця

Векторна діаграма МРС в режимі зрушення наведена на рис. 5.9. Відразу ж після комутації вектор Fзб має положення 1. Потім за час,

відповідний t 600 , обертаючись сумісно з ротором, проходить по дузі послідовно положення 1, 2, 3. Положенню 2 відповідає найбільший момент. При зрушенні двигуна його ротор може бути в будьякому положенні за дугою 1 – 2 – 3.

174

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

5.4 Живлення асинхронних двигунів від напівпровідникових перетворювачів

Тяговий двигун завжди є основним вузлом електровоза [4]. Інші пристрої тягового привода є допоміжними для тягового двигуна.

До тягового двигуна ставляться вимоги високої надійності, простого обслуговування й ремонту, малої вартості та відносно невеликої маси, повного забезпечення необхідних характеристик та діапазону регулювання.

Цим вимогам найповніше відповідає на теперішній час трифазний короткозамкнений асинхронний тяговий двигун (АТД). Відсутність щіткових контактів та комутаційних обмежень дозволяє здійснювати широкий діапазон регулювання. В експлуатації такий двигун потребує лише звичайного змащування підшипників, а більше ніякого обслуговування не потрібно.

Найкращі показники асинхронних двигунів – при коловому обертовому магнітному полі. Струм, який проходить через обмотки двигуна може бути синусоїдним, або не синусоїдальним. Останній виникає при живленні від напівпровідникового перетворювача, який одночасно інвертує струм, регулює його частоту, перетворює число фаз. Живлення АТД можливе від інвертора струму (рис. 5.10), або інвертора напруги (рис. 5.11). Розглядаючи інверторні схеми живлення АТД, будемо додержуватись умов, викладених у §5.2 відносно положень векторних діаграм струмів та напрямів цих струмів у фазах.

Отже, для живлення від інвертора струму (рис. 5.10, а) можливо відзначити, що в даному разі одночасно працюють два вентиля (рис. 5.10, б), струм проходить через дві фази і має при ідеальному згла-

лі перетворювача працюють лише одну третину періоду, тобто 120 електричних градусів.

175

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Які особливості живлення асинхронних тягових двигунів від інвертора струму? Пояснити за допомогою відповідної схеми.

а

б

в

Рисунок 5.10 – Живлення АТД від інвертора струму

176

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Які особливості живлення асинхронних тягових двигунів від інвертора напруги? Пояснити за допомогою відповідної схеми.

а

б

в

Рисунок 5.11 – Живлення АТД від інвертора наруги

177

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

При живлені АТД від інвертора напруги (рис. 5.11, а) струм одночасно проходить через три вентиля та відповідно – через три фази. Це дає змогу наблизити форму струму до синусоїдної при ідеальному згладжуванні (рис. 5.11, в). При цьому вентилі працюють півперіоду

(рис. 5.11, б).

Перемикання струму з однієї фази на іншу відбувається не миттєво, а супроводжується перехідними процесами й струмами, які створюються у фазних обмотках завдяки ЕРС самоіндукції. Для створювання ланцюгів проходження цих струмів, які відстають від напруги, застосовується зворотний діодний міст, наведений на схемі (рис.

5.11, а).

Схема (рис. 5.11, а) застосована на електровозі ДСЗ, який випускається в Україні НВК «Електровозобудування» в м. Дніпропетровську.

5.5 Частотне регулювання швидкості обертання АТД

Як регулюється частота обертання асинхронного тягового двигуна зміною частоти напруги живлення?

Як відомо [4, 6], ковзання асинхронного двигуна

де n1 – частота обертання магнітного поля n1 fp1 ;

n – частота обертання ротора;

f1, p – частота струму й число пар полюсів статора;

1, – кутові частоти обертання магнітного поля та ротора відповідно;

но ротора;

S – ковзання.

178

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

де Pм2 – електричні втрати потужності в роторі; Рем – електромагнітна потужність двигуна.

З виразу (5.20) робимо висновок, що плавне безперервне регулювання частоти обертання АТД можливе лише при плавному регулюванні частоти напруги та струму живлення f1 .

Відносна частота [4]:

де f1ном – номінальна частота напруги живлення. Частота струму в роторі з виразу (5.19)

а– звичайний асинхронний двигун;

б– частотно регульований асинхронний двигун

Рисунок 5.12 – Т-подібна схема заміщення

На рис. 5.12, а наведена відома [6] Т-подібна схема заміщення асинхронного двигуна, де

r , x – активний та індуктивний опори обмотки статора;

1 1

r2 , x2 – зведені до обмотки статора активний та індуктивний опори обмотки ротора;

rm, xm – параметри намагнічуючого контуру.

179

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Для частотно регульованого асинхронного двигуна зручніше враховувати схему зміщення за рис. 5.12,б.

На цих схемах:

U1, I1 – напруга й струм фази статора; I2 – зведений струм ротора;

I0 – намагнічуючий струм;

E1 – ЕРС фази статора при f1 1.

Механічна характеристика АД подана на рис. 5.13.

Рисунок 5.13 – Механічна характеристика асинхронного двигуна

Робочою ділянкою є частина характеристики від n1 до nкр

(критична швидкість обертання, при котрій двигун створює максимальний момент Mmax ).

Відповідно до схеми заміщення рис. 5.12

де m1 – число фаз обмотки статора.

Виходячи з формули (5.23) та попередніх співвідношень, можливо відмітити, що момент може змінюватись від зміни в широких межах напруги U1 та частот f1, f2 .

180