2.1.5.4 Контрольные вопросы:

1. Поясните физический смысл понятия «электромеханическая постоянная времени».

2. Как определяется время переходного процесса?

3. Какие причины влияют на жёсткость механических характеристик ДПТ с НВ?

2.2 Электропривод с асинхронным электродвигателем

2.2.1 Теоретические сведения

Асинхронные двигатели (АД) широко применяются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности в эксплуатации и сравнительно низкой стоимости.

Схема включения АД в сеть и соответствующая ей однофазная схема замещения приведена на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Схема включения и однофазная схема замещения асинхронного электродвигателя с фазным ротором

На приведенной схеме замещения приняты следующие обозначения:

R_m, Х_m - активное и индуктивное сопротивление контура намагничивания, Ом;

Х₁, Х₂' - индуктивные фазные сопротивления, обусловленные полями рассеяния обмоток статора и ротора, последнее приведено к обмотке статора, Ом;

R₁, R_2S’ - активное сопротивление обмоток статора и суммарное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора, Ом;

U₁ - действующее значение фазного напряжения сети, В;

I_m, I₁, I₂’ - соответственно фазный ток намагничивания, статора и приведенный ротора, А;

S - скольжение двигателя, равное

(2.28)

где w - угловая скорость ротора;w₀ - угловая скорость поля статора, рад/с;

(2.29)

где f₁ - частота напряжения питающей сети, Гц; р - число пар полюсов двигателя.

Рассматриваемая схема замещения двигателя составлена при следующих допущениях:

- параметры двигателя не зависят от режима его работы;

- не учитывается насыщение магнитопровода, добавочные и механические потери, а также влияние высших гармонических составляющих намагничивающих сил обмоток статора и ротора.

2.2.1.1 Механические характеристики асинхронного двигателя

Уравнение механической характеристики АД можно получить из рассмотрения баланса мощности в электродвигателе.

Мощность, потребляемая из сети,

Р₁=DР₀+DР_М1+Р_ЭМ=3(I_m²R_m+I₂^'2R₁+ I₂^'2 R_2S^'/S), (2.30)

где DР_М1 - потери в меди обмоток статора.

Отсюда электромагнитная мощность равна:

, (2.31)

где Х_К=Х₁+Х₂^’ - индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания,

R'_2S=R'₂+R'_2ДОБ, R'_2ДОБ=R'_2ДОБ +К_r. (2.32)

Или Р_ЭМ=М_ЭМ•w_0, электромагнитный момент

. (2.33)

Анализ уравнения механической характеристики (2.33) показывает, что график зависимости М(S) имеет два максимума - один в генераторном режиме (скольжение отрицательно) и другой - в двигательном (скольжение положительно). Максимальное значение момента М_К, развиваемого двигателем, называют критическим, а соответствующее ему скольжение S_К - критическим.

Критическое скольжение определяется по следующему выражению

, (2.34)

Максимальный момент, соответствующий критическому скольжению

(2.35)

В приведённых выражениях знак плюс соответствует двигательному режиму работы, а знак минус – генераторному. Из полученного выражения, определяющего максимальный момент видно, что максимальный момент в генераторном режиме больше, чем в двигательном.

Если выражение, определяющее электромагнитный момент разделить на выражение максимального момента ( ) и пренебречь активным сопротивлением обмотки статора , то после ряда преобразований получим упрощённое выражение электромагнитного момента, удобное для построения механической характеристики (рис. 2.19,а) асинхронного электродвигателя:

(2.35)

Критическое скольжение асинхронного электродвигателя можно определить по паспортным данным на электродвигатель:

(2.36)

где s_ном – скольжение при номинальной нагрузке; - перегрузочная способность электродвигателя. Зависимость M(s) приведена на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Механические характеристики асинхронного электродвигателя

Из анализа полученных уравнений видно, что регулирование скорости вращения АД можно осуществить изменением частоты и напряжения (рис. 2.19,г), подводимого к статору, величин сопротивлений, вводимых в цепь ротора (рис. 2.19,б) или статора (рис. 2.19,в) АД, а также изменением числа пар полюсов.

Для регулируемого электропривода важными являются не только регулировочные свойства, характеризуемые двигательным режимом, но и его свойства в тормозных режимах. В асинхронном приводе различают режимы динамического торможения, противовключения и рекуперативного (генераторное торможение с отдачей энергии в сеть) торможения.