Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Электропривод, электрооборудование и основы управления

..pdf
Скачиваний:
23
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
12.17 Mб
Скачать

теля

постоянного

тока.

На

о)

К

 

 

рис.

5.10 а

показана

принци­

 

 

 

пиальная схема

импульсного

 

 

 

 

регулирования

напряжения

 

 

 

 

на

якоре.

При

замкнутом

 

 

 

 

контакте К якорь разгоняет­

 

 

 

 

ся по экспоненциальному за­

 

 

 

 

кону (рис. 5.10,6), но уста­

 

 

 

 

новившейся скорости

не

ус­

 

 

 

 

певает достичь, так как кон­

 

 

 

 

такты быстро размыкаются.

 

 

 

 

Вращение,

якоря замедляет­

 

 

 

 

ся, но нулевой скорости до­

 

 

 

 

стичь не успевает, как снова

 

 

 

 

замыкаются контакты. Вклю­

 

 

 

 

чение й отключение произво­

 

 

 

 

дится с достаточно

большой

 

 

 

 

частотой,

поэтому

 

макси­

 

 

 

 

мальная скорость отличается

 

 

 

 

от минимальной

на

несколь­

 

 

 

 

ко процентов. Колебания уг­

Рис. 5.10. Принципиальная схема

(а)

и диа­

ловой скорости относительно

граммы изменения (б, a) >iлинии скорости

некоторого

среднего

значе­

при

импульсном регулировании

напряжения

ния практически

незаметны.

 

на якоре

 

 

Если время

замкнутого

ключа

t{ увеличить, не изменяя

вре­

мя цикла /ц, то средняя скорость возрастет. Отношение у=^//ц назы­ вается скважностью и характеризует длительность подключения двигателя к сети. Получим широтно-импульсное регулирование, т. е.; изменение импульса по ширине (рис. 5.10,6). Если при /,= const изменять частоту замыкания ключа изменением паузы t2, то получим частотно-импульсное регулирование (рис. 5.10 в). Широтно-импульс­ ное регулирование предпочтительнее, так как позволяет более глубо­ ко регулировать угловую скорость, хотя схемы управления получа­ ются более сложными. Возможно совмещение широтно-импульсного и частотно-импульсного регулирования.

При размыкании контактов К ток якоря не может мгновенно упасть до нуля, так как обмотка якоря обладает значительной индуктивностью. Поэтому параллельно с якорем (рис. 5.10, а) вклю­ чают встречный вентиль, по которому при размыкан ли контактов начинает протекать ток якоря Снижение тока до нуля ока­ зывается экономически невыгодным, поэтому последовательно с якорем включают дроссель, который поддерживает ток в якоре при разомкнутых контактах К.

Полное активное и индуктивное сопротивления одной фазы ро­ тора:

 

 

 

—г2 + Гдоб2‘, х г

Х2 "Ь Ядоб2>

( .

)

 

 

 

 

 

6 10

где

г2,

х 2 — внутреннее

активное

и

индуктивное

сопротивле­

ния цепи

ротора;

гДОб2, х Д0б2 — добавочное внешнее активное и ин­

дуктивное сопротивления, включенные в фазу ротора.

 

 

Полное активное и индуктивное сопротивления одной фазы

статора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= Г| “Ь Гдоб!; ^1 =

"l" *доб1-

(6.11)

Приведенный ток ротора

 

 

 

 

 

 

 

 

/г =

/V (r 1+ r'ds)2+

(*i + * г)2 *

(6.12)

где г2

и

х2 — приведенные

активное и

индуктивное

внутренние

сопротивления ротора.

 

 

 

 

 

 

Электромагнитный момент

 

 

 

 

 

 

 

м

_ + ______ m}puy2/s

 

(6.13)

 

 

 

“)|[(r , + r$ /s)2 +

( х , + 4 ) 5

 

 

 

 

 

В этой

формуле знак « + » соответствует

двигательному

режиму,

а

«—» — генераторному.

 

 

 

 

 

 

Для рабочего участка механической характеристики можно

воспользоваться другой формулой:

 

 

 

 

 

 

 

 

М' = Csx<D/2cos<p2,

 

(6.14)

где си = m2pw2ko62/ ^ / 2 ~.

 

 

 

 

 

 

Максимальный

(критический) момент

 

 

 

 

 

М макс = « ,£ /?/ [2Ш| (± г , + У г?+ ( х ,+ 4 ) 4)] •

(6.15)

Критическое скольжение

 

 

 

 

 

 

 

 

5кр “ —Г2/ 'yjт\ Л- (Xj + Х2)^ .

(6.16)§

§ 6.2. Режимы работы асинхронных электродвигателей

Асинхронные двигатели, так же как и двигатели постоянного

тока,

обратимы,

т. е.

могут

работать как

в

двигательном режиме,

так и в генераторном

(тормозном).

 

две граничные

точки

Двигательный

режим.

Режим имеет

(рис. 6.1): идеального холостого хода

(д)

и

короткого замыкания

(а).

В режиме

идеального

холостого

хода

М —0, п2 = пь

s = 0.

Двигатель не потребляет от сети энергии, по обмотке статора течет только индуктивный ток, создающий вращающееся магнитное поле. Потери энергии в двигателе отсутствуют. Такой режим на прак­ тике встречается довольно редко. Чаще. имеет место режим реаль­ ного холостого хода, при котором п2 несколько меньше л,. Скольже­ ние также очень мало, но не равно нулю.

ЮЗ

Рис. 6.1. Механическая (/) . и скорост­ ная (2) характеристики асинхронного

электродвигателя

Рис. 6.2. Механические характеристики асинхронного электродвигателя

-----------двигательный режим;------------

протнво-

включенне; ........

динамическое

торможение;

— • — • — • — рекуперативное торможение

Короткое замыкания полу­ чается, если ротор затормозить (н2=0, s= 1), а обмотку статора включить в сеть. Режим к. з. возникает каждый раз в мо­ мент пуска двигателя. Кроме граничных точек ау д, характер­ ными являются промежуточ­ ные точки: б — критическая, в — номинальная, г — реаль­ ного холостого хода. Все про­ межуточные тЧэчки соответству­ ют двигательному режиму, при­ чем участок абу имеющий на­ клон слева вверх направо, соот­ ветствует неустойчивому режи­ му. Эту часть механической характеристики двигатель про­ ходит, например, при пуске. Отрезок бд имеет обратный наклон, что соответствует ус­ тойчивому нормальному режиму работы.

В уравнении (6.13) все ве­ личины постоянны, кроме мо­ мента и скольжения. Обе эти

величины

механические,

поэто­

му зависимости M = /(s)

и со =

= /(М )

называют механической

характеристикой.

На

рис.

6.1

показаны

механическая

 

=

= /(М )

и

скоростная

характе­

ристики

о) = /( /,) ,

которые

сов-

падают в своей верхней части, но п[>и средних и особенно при малых гкоростях существенно отличаются друг от друга.

Рекуперативное торможение. Это торможение получается, если скорость ротора больше скорости поля: о)2>а),. При этом скольжение становится отрицательным: s= (o>i—to2) /ы, < 0 . Согласно (6.13), момент тоже будет отрицательным, т. е. направленным против вращения. При этом кинетическая энергия преобразуется асинхрон­ ным двигателем * электрическую и рекуперируется в сеть. Двигатель начинает работать в генераторном режиме.

На рис. 6.2 изображены механические характеристики асинхрон­ ного двигателя в рекуперативном торможении, причем одна из них естественная (отмечена жирной линией), а другие — искусственные, полученные за счет включения резисторов в цепь ротора.

Рекуперативное

торможение можно получить двумя путями:

1) резким уменьшением синхронной скорости работающего

двигателя за счет

быстрого переключения обмоток статора на

104

Рис. 6.3. Схемы тормозных режимов:

а — динамический; б — протиоооключсния; о — конденсаторный; г — индукционно-динамический

большее число пар полюсов (6.1) или за счет снижения частоты питающего тока. Тогда ротор по инерции будет вращаться некоторое время со скоростью (о2>(о, до тех пор, пока не затормозится до соответствующей скорости, меньшей to,. Такой режим получается в лифтах перед их остановкой при подходе к этажу.

2)

включением двигателя на спуск груза. Тогда ротор наби­

рает

очень большую скорость за счет вращающего момента и

веса груза. В этом случае характеристики рекуперативного тор­ можения располагаются в IV четверти (рис. 6.2).

Динамическое торможение. Асинхронный двигатель переводится из двигательного режима в режим динамического торможения от­ ключением его статорной обмотки от трехфазной сети и замыка­

нием

двух

любых фаз

на источник постоянного

напряжения

(рис.

6.3, а) .

Образуется

постоянное магнитное поле

статора, в

котором вращается ротор. В его проводниках наводится ЭДС и течет ток. Он взаимодействует с неподвижным полем статора и вызывает тормозной электромагнитный момент. Асинлронный двигатель на­ чинает работать в режиме синхронного генератора. По обмоткам ротора протекает переменный ток, величина которого постепенно уменьшается до нуля по мере остановки ротора.

Механические характеристики 2 проходят через начало коорди­ нат и располагаются во второй и четвертой четвертях. Эффек­ тивность торможения зависит от величины тока статора и со­ противления ротора. Наилучшие результаты получаются при по­ стоянном токе в статоре / Ti= (2-т-3)/0 и тормозном резисторе Я*т=0,2-^-0,4. Кинетическая энергия электропривода переходит в электрическую, а затем в тепловую в тормозных резисторах и в обмотке ротора.

Динамическое торможение можно получить и при спуске груза. Если ротор приводить в движение опускающимся грузом, то полу­ чим трехфазный 'синхронный генератор, работающий на нагрузку в виде трех резисторов (рис. 6.3,а).

Торможение противовключением. Если у работающего двигате­ ля поменять чередование фаз статора путем переключения любых

двух фаз

обмотки

(рис.

6.3, б) то

мгновенно изменяется на­

правление

вращения

поля.

При этом

ротор продолжает вращаться

105

по инерции, а электромагнитный момент меняет свое направление. Скольжение становится больше единицы: s= (— to,—

Это приводит к тормозному режиму с очень большим током и моментом. Кинетическая энергия электропривода переходит в элект­ рическую. Одновременно происходит приток энергии из сети по­ средством трансформации, поэтому торможение получается весьма эффективным. Чтобы уменьшить ток и ослабить резкий толчок от тормозного момента, на время торможения в цепь ротора не­ обходимо включить резисторы.

Механические характеристики противовключения 3 показаны на рис. 6.2 во II и IV четвертях. Противовключение при спуске груза получим, если включить двигатель на подъем, а под дей­ ствием слишком большого груза ротор все же вынужден будет вращаться на спуск.

Конденсаторное торможение. На рис. 6.3, в показана схема конденсаторного торможения, являющегося разновидностью дина­ мического торможения. В нормальном режиме работы конденсато­ ры постоянно включены в сеть параллельно со статором. При отключении двигателя от сети конденсаторы начинают разряжать­ ся на статор. Протекает экспоненциально уменьшающийся ток и создается магнитное поле постоянного направления. В этом поле вращается по инерции ротор, в нем наводится ЭДС и течет ток. Возникает тормозной момент аналогично динамическому тор­ можению.

Конденсаторное торможение при малых скоростях еще менее

эффективно,

чем

динамическое, так

как ЭДС

в

роторе

снижает­

ся не только

за

счет уменьшения

скорости,

но

и за

счет зату­

хания поля статора. Однако такой метод торможения не требует источника постоянного напряжения, а в нормальном режиме работы конденсаторы способствуют повышению coscp сети. В начальный момент разрядки конденсаторов получается интенсивное торможе­ ние, поэтому такой способ широко используют на практике.

Индукционно-динамическое торможение. В последнее время в результате широкого применения полупроводниковых приборов (диодов и тиристоров) стало возможным индукционно-динамиче­ ское, рекуперативно-динамическое и другие виды торможения. На рис. 6.3, г показана схема индукционио-динамического тормо­ жения. При одной полярности напряжения сети протекает выпрям­ ленный однополупериодный ток / 0 и получается динамическое торможение. При обратной полярности тиристор Т не пропускает тока, но под действием ЭДС самоиндукции в обмотках возникает ток / ц который начинает замыкаться через вентиль В. Возни­ кает торможение коротким замыканием. При этом аналогично

конденсаторному торможению в

статоре протекает

затухающий

по экспоненте ток и появляется

тормозной момент

(индукцион­

ное торможение). Таким образом, сочетание двух видов торможения оказывается более эффективным, чем динамическое.

Т а б л и ц а 6.1

 

 

 

 

 

Параметры естественной характеристики

 

 

 

Режим

5|10Ы

 

 

0.276

 

S

 

м.

М. Н*м

об/мшг

щ,

 

 

0,276

S

 

0,276 +

 

рад/с

 

 

 

 

 

 

 

0,276

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ -----

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

Иде­

 

0

0

оо

 

оо

 

0

 

0

1000

 

104,5

альный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

холостой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Двига­

0,070

0,25

3,940

4,19

 

1,0

77

930

 

97,5

тельный

0,200

0,72

1,380

2,10

 

2,0

154

800

 

83,7

 

 

0,276

 

1,00

1,000

2,00

 

2,1

162

724

 

75,8

 

 

0,400

 

1,45

0,690

2,14

 

1,96

149

600

 

62,8

 

 

0,600

2,18

0,463

2,64

 

1,59

123

400

 

419

Корот­

0,800

2,90

0,345

3,24

 

1.3

100

200

 

20,9

1,000

3,62

0,276

3,90

 

1,08

83

0

 

0

кое за­

 

 

 

мыкание

 

4,71

0,212

4,92

 

0,855

66

- 3 0 0

—31,4

Проти-

1,300

 

вовклю-

1,600

5,8

0,172

5,97

 

0,703

54

- 6 0 0

— 62,8

чение

 

2,000

7,25

0,138

7,39

 

0,568

44

^ 1 0 0 0

— 104,5

Реку­

—0,070

- 0 ,2 5

- 3 ,9 4 0

—4,19

 

— 1,00

— 77

1070

 

112

ператив­

- 0 ,2 0 0

—0,72

- 1 ,3 8 0

—2,10

 

—2,00

— 154

1200

 

126

ное тор­

-0 ,2 7 6

— 1,00

- 1 ,0 0 0

—2,00

 

—2,10

— 162

1276

 

133

можение

-0 ,4 0 0

— 1,45

- 0 ,6 9 0

—2,14

 

— 1,96

— 149

1400

 

147

 

 

-0 ,6 0 0

—2,18

- 0 ,4 6 3

—2,64

 

— 1,59

— 123

1600

 

167

 

 

- 0 ,8 0 0

—2,90

—0,345

—3,24

 

— 1,30

— 100

1800

 

188

 

 

- 1 ,0 0 0

- 3 ,6 2

-0 ,2 7 6

— 3,90

 

— 1,08

— 83

2000

 

209

Результаты заносим в табл. 6.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

Номинальный момент Мнон = 9,55Риом/п нои = 9,55 • 7500/930 = 77 Н • м.

5.

Моменты

при

различных

скольжениях:

М =Л4*М Н0„ = 1 - 7 7

= 77

Н • м;

М = Л4*М„0„ = 2 • 7 7 =

154

Н - м и т. д.

(табл.

6.1).

 

 

 

 

 

6.

Частота вращения и угловая скорость ротора: п2 = (1—s)« i = (1— 0)1000 =

= 1000

об/мин;

ш2 =

1000/9,55 =

104,5 рад/с;

я2 = ( 1 — 0,07)1000 = 930

об/мин;

<*>2 = 930/9,55 = 97,5 рад/с и т.- д. (табл.

6.1).

 

 

 

 

 

 

 

7. Для расчета искусственной характеристики определяем номинальное сопро­

тивление

ротора /?2..оы = £2HOH/(V 3"/2HOI.) = 256/(У З" .

19,8) = 7 ,4 6

Ом.

Ом.

 

8.

Сопротивление обмотки ротора г2= SHOM^ HOM= 0,07 • 7,46 = 0,522

 

9.

Относительное

сопротивление

цепи

ротора

с

включенным

резистором

= $ном "1“ гдоб/^?2ноч = 0,07 + 0 ,8 /7 ,4 6 = 0,177.

10.Определяем отношение s„/s = /?,2/г*2 = 0,177/0,07 = 2,53.

11.Скольжение на искусственной характеристике определяем по естественной

характеристике:

sH= ssu/s

= 0,07 • 2,53 = 0,177; s„ = 0,2 • 2,53 = 0,507

и

т.

д.

(табл.

6.2).

 

 

 

 

 

 

 

12.

Частота

вращения

и угловая скорость на искусственной характеристике:

Лиг =

(1—5н)я, = (1 — 0,173)1000= 823 об/мин; о)и2 = я„2/9 ,55 = 823/9,55 = 86,5

рад/с;

лИ2 =

(1—0,507)1000 = 493 об/мин; <D„2 = 493/9,55 = 51,7 рад/с и т. д.

(табл.

6.2).

 

13.

Строим

механические характеристики a>2= f(M )

и а>И2 = f(M)

(рис.

6.4).

ЗАДАНИЕ

6 . 1 . Р а с ч е т

м е х а н и ч е с к и х х а р а к т е р и с т и к

а с и н х р о н н о г о

д в и г а т е л я

Рассчитать и построить естественную механическую характеристику кранового асинхронного двигателя с фазным ротором серии MTF и искусственную при '♦доб —0,1. Паспортные данные двигателей приводятся в табл. 6.3.

108

Т а б л и ц а 6.3

 

 

 

Рг, кВт'

 

 

 

 

СОБф

 

л. %

 

 

М н„к<

J. КГ • MS

 

Пиакс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/,. А

1/г. В

 

Тип

 

при 77В. %

 

 

 

 

 

 

-

m, кг

об/мин

электро-

 

 

при /,

мин

Л,

/,, А при

 

 

 

 

AfH0U

 

 

 

 

15

25

40

60

30

60

£/=380

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

об/мин

 

 

 

 

 

 

 

 

M TF01I-6

2

 

 

 

 

 

800

7.1

0.78

 

55

16,5

 

 

 

 

 

1,7

 

 

 

 

850

5.9

0,72

 

60 -

• 12,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4

 

885

5,3

0,65

61

9.1

116

2.0

0,08

51

2500

 

 

 

 

1.2

 

910

5.1

0,59

60

7.5

 

 

 

 

 

 

3,1

 

 

 

1.2-

785

10,4

0,78

 

58 .

18,5

 

 

 

 

 

MTF 012-6

2.7

 

 

 

 

840

8.9

0,74

 

62 .

15,0

 

 

 

 

 

 

2,2

 

2,2

 

890

7.6

0,68’

 

64

11.5

144

1.9

0.11

58

2500

 

 

 

1.7

1.7

920.

7,04

0,57*

 

64 -

8.4

 

 

 

 

 

 

4,5

 

 

 

850

12,8

0,81

 

66

21.0

 

 

 

 

 

MTF 111-6

4,1

 

 

 

 

870

11.7

0.79

 

68

18,7

 

 

 

 

 

 

3,5

 

"*,5

 

895

10,4

0,73

 

70

15,0

165

1.9

0,20

76

2500

 

 

 

2,8

2.8

920

9.1

0,65

 

72

11,5

 

 

 

 

 

 

6,5

 

 

 

895

17,5

0,78

 

72

23,0

 

 

 

 

 

MTF 112-6

5.8

 

 

 

 

915

16,0

0,74

 

74

20,2

 

 

 

 

 

 

5

 

5

 

930

14,4

0,7

 

75

16,9

203

2.4

0,27

88

2500

 

 

 

4

 

950

13,2

0,62

 

74

13,0

 

 

 

 

 

 

10,5

 

 

 

4

895

27,5

0,78

 

74

30,0

 

 

 

 

 

M TF21I 5

9

 

 

 

 

915

24,0

0,74

 

77

25,0

 

 

 

 

 

 

7,5

 

7,5

 

930

21,0

0.7

 

77

19,8

256

2.1

0,46

120

2500

 

 

 

6

6

945

18,5

0,63

 

78

15,5

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

925

37,0

0,76

 

75

56,9

 

 

 

 

 

M TF31I-6

13

 

 

 

 

935

34,5

0,74

 

77

51,0

 

 

 

 

 

 

11

 

11

 

945

30,5

0,69

 

79

42,0

172

2.5

0,90

170

2500

 

 

 

9

9

960

28,0

0.63

 

77

34,0

 

 

 

~

—---------

 

10,5

 

 

'

665

29,0

0,78 '

 

71

32,0

 

 

 

MTF311-8

9

 

 

 

 

680

25,6

0,74

 

72

26,0

 

3.0

1.1

 

 

 

7,5

 

7.5

 

695

22,8

0,68

 

73

21.0

245

170

1900

 

 

 

6

6

710

21,0

0,6

 

72

16,0

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

680

37,5

0,80

 

76

63,0

 

 

 

 

 

MTF 312-8

13

11

 

II

 

695

34,0

0,76

 

76

53,0

 

3.0

 

 

 

 

8.2

8.2

705

30,5

0.71.. .

77

43,0

165

1,55

210

1900

 

40

 

 

 

720

27,0

0,61

 

75

32,0

 

 

 

 

 

 

36

 

 

 

 

960

94

0,77

 

84,0

100

 

 

 

 

 

MTF 412-6

 

30

 

30

 

965

86

0,75

 

84,5

88

 

 

 

 

 

 

 

25

25

970

75

0,71

 

85,5

73

255

2,5

2,7

345

2500

 

 

 

 

 

975

70

0,65

 

83,5

61

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 6.2

 

Параметры искусственной характеристики

Режим

S||

Лц. об/мин

(0„. рад/с

 

Идеальный холостой ход

0

1000

104,5

Двигательный

0.177

 

823

86.5

 

0,507

 

493

51,7

 

0,700

 

300

31,4

Противовключение

1,010

10

— 1,0

 

1,520

520

— 54,5

 

2,020

— 1020

— 107

 

2,530

— 1530

— 160

 

3,290

— 2290

— 240

 

4,050

— 3050

— 320

 

5,060

— 4060

— 425

Рекуперативное торможение

- 0 ,1 7 7

1177

123

 

— 0,507

1507

158

 

— 0,700

1700

178

 

— 1,010

2010

210

 

— 1,520

2520

264

 

— 2,080

3020

316

 

— 2,530

3530

370

§ 6.4. Расчет пусковых и тормозных резисторов асинхронных электродвигателей

Проблемы, возникающие при пуске асинхронных двигателей, близки к проблемам, возникающим при пуске двигателей посто­ янного тока. Общим является факт протекания большого пускового

 

тока, что опасно с точки зрения

 

перегрева обмоток статора и ро­

 

тора. В то же время снижается

 

напряжение

сети,

отрицательно

 

влияющее на работу других по­

 

требителей.

 

 

 

 

В отличие от двигателей по­

 

стоянного тока, имеющих коллек­

 

тор, в асинхронных двигателях нет

 

искрения, ограничивающего пуск

 

двигателя. С другой стороны, пус­

 

ковой момент в асинхронных дви­

 

гателях меньше, чем в двигателях

 

постоянного тока.

асинхронно­

 

Пусковой

момент

 

го двигателя

желательно

прини­

Рис. 6.4. Механические характеристики

мать М*п1<0,85М*макс.

Момент

двигателя MTF211-6

переключения* Л/„ „2 и сопротивле-

110

Соседние файлы в папке книги