Elektrichesky_privod_Kosmatov_V_I_2012

Следует отметить, что значения КПД, рассчитанные по формулам (2.38), (2.39), не учитывают потери в стали статора и ротора, механические потери, и потери, обусловленные высшими гармоническими составляющими. Они относятся к постоянным потерям и относительно невелики. Поэтому, как и для электроприводов постоянного тока, приведѐнные формулы позволяют оценить значение КПД двигателя в целом.

При работе двигателя в номинальном режиме

н 1 sн .

Тогда для современных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с sн =0,010,05 (меньшие значения для двигателей большей

мощности – сотни киловатт)

н 0,99 0,95 ,

перегрузочная способность 1,8 3, кратность пускового тока Ki 5 7 , кратность пускового момента Kп 1,3 1,6 .

100

Коэффициент мощности для главной цепи двигателя без учѐта намагничивающего контура может быть определѐн (схема замещения рис. 5.5) по формуле

Из последнего уравнения видно, что коэффициент мощности рассматриваемой цепи двигателя уменьшается с увеличением скольже-

ния. На рис. 5.8,а приведена зависимость cos 1' f (s) . Для крупных машин a 0 и при s cos 1' 0 .

Величина cos 1' не характеризует потребление реактивной мощности двигателем. Для анализа вопроса необходимо определить величину cos 1

Рис. 5.8. Зависимости cos 1' f (s) (а) и упрощенная круговая диаграмма асинхронного двигателя (б)

102

Заменяя в последнем выражении в соответствии с (5.20)

жиме идеального холостого хода двигатель потребляет из сети чисто реактивный ток намагничивания. Это же следует и из круговой диа-

апри дальнейшем увеличении скольжения s cos 1 уменьшается.

Вноминальном режиме работа двигателя характеризуется почти

наибольшим значением cos 1 , т.к. s(cos 1 ) m a x (0,8 0,9)sн .

Таким образом, cos 1 для асинхронных двигателей лежит в пределах

cos 1н 0,8 0,82 .

5.4. Тормозные режимы работы асинхронных электроприводов

Асинхронный электропривод может работать в тех же тормозных режимах, что и электропривод постоянного тока, а именно: в режиме рекуперативного торможения, противовключения и динамического торможения с тем же распределением потоков активной мощности (рис. 5.9).

Режим рекуперативного торможения (р.т.) имеет место при> 0 и соответственно при s <0, что происходит при вращении ротора активным моментом, либо, если при вращении ротора со скоростью уменьшить скорость идеального холостого хода 0 . В по-

104

Однако реактивная составляющая тока I1 (I ) положительна,

т.е. в этом случае асинхронная машина потребляет из сети реактивную мощность (энергию), необходимую для создания вращающегося магнитного поля.

С ростом , а значит и с увеличением модуля s ток в цепи ротора увеличивается, при этом конец вектора I 2' стремится к точке D2

(рис. 5.8,б), а конец вектора I1 – к точке D1 . Для указанных точек ак-

тивные составляющие токов I1 , I 2' равны нулю, рекуперация энергии прекращается, s sгр a1 при cos 1 , cos 2 , стремящихся к нулю.

Для машин небольшой мощности sгр 1 , что позволяет осуществлять рекуперацию энергии во всех встречающихся на практике случаях. Для крупных машин, у которых sгр >>1, указанное ограниче-

ние оказывается несущественным.

Коэффициент полезного действия в режиме рекуперации

При работе в режиме рекуперации двигателя с фазным ротором не следует включать дополнительные сопротивления в обмотку ротора, так как это приводит к увеличению потерь и, как следствие, к снижению КПД.

Режим рекуперативного торможения широко применяется в асинхронных электроприводах подъѐмно – транспортных машин, в системах частотного управления скоростью с преобразователями частоты, в электроприводах с многоскоростными асинхронными двигателями изменением числа пар полюсов при переходе с более высокой скорости на пониженную.

В режиме противовключения обмотка статора включена на одно направление вращения, а ротор под действием активного момента или за счѐт момента инерционных масс вращается в другом направлении. В обоих случаях скольжение

106

s 0 н >1.0

В первом случае (рис. 5.9), когда М с > М кз , ротор двигателя вращается в противоположную сторону вращения поля статора со скоростью (- с ), двигатель развивает тормозной момент, уравновешивающий

активный момент. Для ограничения тока в режиме противовключения в цепь фазного ротора необходимо ввести дополнительно сопротивление

R2' п (ступень противовключения).

Во втором случае торможение противовключением осуществляется при реверсе двигателя путѐм изменения порядка чередования фаз А,В,С на А,С,В (рис 5.10,а). При этом изменяется направление вращения поля статора, скольжение s >1, двигатель тормозится в режиме противовключения, а затем, если его не отключить от сети, он реверсируется. Торможение противовключением осуществляется в асинхронных электроприводах подъѐмно – транспортных машин, а также в реверсивных электроприводах. Достоинство этого способа торможения – высокая эффективность, недостаток – значительные потери и расход энергии из сети, КПД равен нулю.

Для осуществления динамического торможения асинхронного двигателя обмотка его статора отключается от сети переменного тока и подключается к источнику постоянного тока (рис. 5.10,б). Постоянный ток, подводимый к статору, создаѐт неподвижное относительно статора магнитное поле. При вращении ротора в его обмотке наводится ЭДС, час-

тота которой пропорциональна угловой скорости вращения ротора .

Эта ЭДС, в свою очередь, вызывает появление тока I 2 в роторной обмотке. Создаваемая током ротора намагничивающая сила вращается относительно ротора в противоположном направлении со скоростью ,

т.е. неподвижна относительно статора. Складываясь, поля статора и ротора образуют результирующее поле, в результате взаимодействия с которым тока ротора возникает тормозной момент. Энергия, поступающая с вала двигателя, рассеивается в сопротивлениях роторной цепи.

Асинхронный двигатель в режиме динамического торможения представляет собой синхронный генератор с неявно выраженными полю-

107

сами, работающий при переменной частоте. Его нагрузкой является сопротивление роторной цепи.

В режиме динамического торможения поле статора неподвижно, при этом скольжение записывается в виде

s 0

и справедливы соотношения для механической характеристики, аналогичные (5.20-5.25)

где M к.т , sк.т - критический момент и критическое скольжение двигателя в режиме динамического торможения;

меньше sк двигательного режима. Приближѐнно механическую характеристику динамического торможения (рис. 5.9) можно построить по известному току холостого хода фазы Iоф и относительному эквива-

Определив по кривым D и A, найдѐм с их помощью величины

M к.т и sк.т

M к.т 3IофU1ф D ;

0

I R'

sк.т оф 2 А .

U1ф

5.5. Электропривод с синхронным и вентильно –

индукторным двигателями

Конструкция статора синхронного двигателя (СД) принципиально не отличается от конструкции статора асинхронного двигателя. На нем располагается трѐхфазная обмотка, которая питается от трѐхфазного источника напряжения. Протекающие по ней токи создают вращающееся магнитное поле статора. Конструкция ротора синхронной машины существенно отличается от конструкции ротора асинхронного двигателя тем, что на роторе расположена однофазная обмотка возбуждения, которая питается от источника постоянного тока. Принципиальная схема включения синхронного двигателя представлена на рис. 5.11,а.

Рис. 5.11. Принцип действия (а) и схема замещения статорной цепи синхронного двигателя

109