Элект.машины_УП

122

4.6Искусственные механические характеристики трехфазных АД

Знание их свойств и возможностей очень важно для оценки режимов пуска, реверса, торможения и способов регулирования скорости асинхронных двигателей. Искусственными считаются все МХ с неноминальными параметрами АД.

Ниже будут рассмотрены наиболее распространенные случаи искусственных МХ, когда естественный режим работы АД нарушается за счет изменения параметров его силовых цепей (статора или

учетом изменений параметров цепей статора и ротора АД.

4.6.1. Искусственные МХ при U1 ≠ U1н

В данном случае меняется только напряжение статора (то есть частота питающего напряжения остается номинальной) и добавочные сопротивления отсутствуют.

Согласно выражениям (4.16), (4.18) будем иметь:

γ и = γ е = 1, S к и= S к е , ω о и = ω о , от напряжения не зависят.

123

критический момент пропорционален квадратунапряжения статора;

I1и = I1е U1 , U1н

ток прямопропорционален напряжению статора.

Выражения искусственных характеристик АД в относительных единицах записываются в виде:

скорость холостого хода (ω о и = ω о), крутизна характеристик незначительно возрастает при понижении напряжения, что не позволяет регулировать скорость при М с = М н. Возможности регулирования

расширяются только при М с ≡ ω к , перегрузочная способность λ резко уменьшается — пропорционально квадрату уменьшения напряжения. Например, уменьшение пускового тока в 2 раза, за счет соответствующего понижения напряжения статора, уменьшает максимальный и пусковой моменты в 4 раза. Это не позволяет реализовать запуск двигателя при номинальной нагрузке. Понижение напряжения может привести к опрокидыванию (остановке) двигателя, работающего с номинальной нагрузкой. Например, при λ м = 2 и снижении напряжения сети на 30%, максимальный момент умень-

шится до 0,72 λ м = 0,49 2 = 0,98 от М н и двигатель остановится.

124

Учитывая выше изложенное, следует помнить, что регулирование режимов работы АД за счет изменения питающего напряжения целесообразно лишь в частных случаях: когда ограничение пускового тока при запусках АД осуществляется без нагрузки на валу и когда регулирование скорости напряжением статора ведется при моментах нагрузки, уменьшающихся с понижением скорости

др.).

4.6.2Искусственные характеристики при добавочных сопротивлениях в статоре

В практике электропривода бывает необходимо ограничить пусковой ток крупных двигателей, чтобы исключить возникновения недопустимого для питающей сети падения напряжения. Это обеспечивается включением в цепь статора двигателя симметрично в каждую фазу активных R1д или индуктивных Х1д добавочных сопротивлений. Эти средства используются также для уменьшения пускового момента сравнительно небольших двигателей, чтобы смягчить удары в передачах и обеспечить плавное ускорение механизма. Эффект от включения добавочных сопротивлений достигается такой же, как и от понижения напряжения статора. Особенность схем с добавочным сопротивлением ( R1д или Х1д) заключается в том, что напряжение на входе двигателя является функцией тока и по мере уменьшения пускового тока напряжение на обмотках статора растет.

Рассчитываются искусственные механические и скоростные характеристики по выражениям (4.16)−(4.18) при параметрах:

а) для добавочного активного сопротивления R1д:

R ′

S к и = 2 , (4.31)

X к2 + (R1 + R1д)2

125

Как видно из приведенных формул, добавочные сопротивления R1д и Х1д уменьшают критические значения момента и скольжения. Искусственные МХ для одного и того же пускового момента Мпи показаны на рис. 4.6. Здесь: характеристика 1 обеспечивается добавочным сопротивлением R1д, характеристика 2 — сопротивле-

нием Х1д и характеристика 3 — за счет понижения напряжения статора. Скорость холостого хода ω 0 , как и при изменении напряжения, не меняется, так как ω 0 = 2πf1 p.

Величина сопротивлений, включаемых в цепь статора, определяется заданным значением пускового тока. Допустим, необходимо иметь пусковой ток, не превышающим номинальное значение более чем в α раз, то есть I1n = αI1н. Тогда

Из выражения (4.37) получаем:

4.6.3 Искусственные характеристики при добавочных сопротивлениях в цепи ротора

Включение симметричных активных сопротивлений R2д в цепь ротора широко используется для ограничения пускового тока и для уменьшения жесткости механических характеристик с целью регулирования скорости. В отдельных случаях активное сопротивление шунтируют индуктивным. Чисто индуктивное сопротивление в цепях ротора не используют.

При добавочных активных сопротивлениях ротора будем иметь

по выражению (4.16) с учетом Sки, γ и, Мки из формул (4,40), (4.41). Они показаны на рис. 4.7. Как видно, уменьшение пускового тока, выраженного формулой (4.42), не уменьшает, а увеличивает пусковой момент, так как

127

128

что позволяет регулировать скорость АД под нагрузкой с таким же эффектом, как скорость двигателя постоянного тока за счет последовательного сопротивления в цепи якоря.

На скорость холостого хода ω 0 активное сопротивление ротора влияния не оказывает, поэтому все МХ реостатного регулирования выходят на оси ординат из одной точки ω о = 1.

Указанное свойство МХ АД широко используется на практике для пуска (ступенчатого или плавного) и регулирования скорости асинхронных двигателей. Применяются для этого машины с фазным ротором, хотя они и дороже короткозамкнутых АД.

Пуск АД с почти постоянным моментом М п М к е можно обеспечить, если добавочное активное сопротивление в роторе за-

129

В момент пуска частота ЭДС и тока ротора максимальная, равна частоте питающей сети, поэтому добавочное индуктивное сопротивление Х2д является большим

Х2д = 2πf2 L2д

иток протекает, в основном, по параллельному активному сопро-

тивлению R2д. По мере разгона двигателя частота тока ротора уменьшается, что приводит к автоматическому плавному уменьшению величины Х2д почти до нуля, когда это сопротивление практически закорачивает R2д. При определенном расчете величин R2д и Х2д можно обеспечить почти постоянное значение пускового момента, близкое к величине М к е.

Индуктивности в цепи ротора включаются редко, так как они являются дополнительными дорогостоящими элементами, а постоянство пускового момента можно обеспечить без них, осуществляя автоматически уменьшение пускового резистора по мере разгона двигателя.

4.6.4Искусственные механические характеристики АД при f1 ≠ f1н

Исследовано [4,5] несколько условий работы АД при неноминальной частоте напряжения и тока статора, например:

Наилучшим считается условие «в», обеспечивающее М к и = М к е = const , Ф = const . Однако, это условие может быть выполнено в замкнутых системах регулирования АД с обратной связью по скорости или ЭДС, что требует применения специальных датчиков.

Условие «а» является наиболее простым, но может быть реализовано при небольшом диапазоне изменения f1 , так как при малых частотах уменьшается собственное индуктивное сопротивление АД, что приводит к существенному увеличению пускового тока. При

130

f1 < 1 Гц имеем Хк ≈ 0 , I1n = U1н Rк ≈ (10 ÷ 20)I1н, как у двигателей

постоянного тока.

На рис. 4.8. показаны МХ когда f1 ≠ f1н, U1 = U1н = const . Для их построения нужно в выражение (4.16) ввести следующие параметры: