Шпаргалка по "Безопасности жизнедеятельности"

Если на тиристоры VS1 ... VS6 не подаются импульсы управления от СИФУ, то они закрыты и напряжение на двигателе U1pег равно нулю. При подаче на тиристоры импульсов управления с углом управления они будут полностью открыты, и к нагрузке будет приложено все напряжение сети U1 = U1peг. Если осуществлять подачу импульсов управления на тиристоры с некоторой задержкой относительно точки естественного открытия тиристоров (угол управления # 0), то к нагрузке будет прикладываться часть напряжения сети. Изменяя угол управления от нуля до л (пи), можно регулировать напряжение на нагрузке от полного напряжения сети до нуля.

Рис. 5.10. Схема реализации тиристорного регулятора напряжения.

ТРН позволяют также реализовывать  режимы работы асинхронного двигателя с наилучшими энергетическими показателями работы при малых его нагрузках. Такое использование ТРН рассмотрено в подразд. 9.5.

Еще одно из возможных применений ТРН связано с реализацией так называемого квазичастотного регулирования скорости асинхронного двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3. Регулирование скорости АД изменением частоты питающего напряжения.

Данный способ широко используется для регулирования скорости асинхронных двигателей с высокими показателями качества. Одновременно с этим он позволяет эффективно регулировать и другие переменные ЭП с асинхронными двигателями.

Принцип действия этого способа  заключается в том, что изменение частоты f1 питающего двигатель напряжения U1  в соответствии с выражением при водит к изменению скорости Wo, за счет чего получаются различные искусственные характеристики.

Рис. 5.11. Схема включения (а) и механические характеристики (б) при  регулировании частоты напряжения на статоре и закон регулирования  частоты (в):

1 - преобразователь частоты  и напряжения; 2 – двигатель; З ... 7- характеристики

Схема включения двигателя  при регулировании частоты приведена на рис. 5.11, а. Необходимым элементом ЭП является преобразователь частоты и напряжения 1 (В дальнейшем используется обозначение ПЧ), на вход которого подается стандартное напряжение сети U1 (220, 380 В и т.д.) промышленной частоты f1 = 50 Гц, а с его выхода снимается переменное напряжение U1рег регулируемой частоты f1рег.

Регулирование выходной частоты  и напряжения осуществляется с помощью управляющего сигнала Uу, который задает требуемое значение частоты и тем самым скорости двигателя 2.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне ее изменения, а получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ отличается еще одним весьма важным свойством: регулирование скорости двигателя не сопровождается увеличением его скольжения, поэтому потери мощности при регулировании скорости, определяемые по формуле (5.5), оказываются небольшими.

Для лучшего использования  двигателя и получения высоких  энергетических показателей его  работы - коэффициентов мощности, полезного  действия и перегрузочной способности - одновременно с частотой необходимо изменять и подводимое к двигателю напряжение. Соотношение частоты и напряжения, называемое часто законом частотного регулировании, определяется характером зависимости момента нагрузки Мс от скорости. При пренебрежении активным сопротивлением цепи статора и при постоянном моменте нагрузки Мс = const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально его частоте:

При пренебрежении активным сопротивлением цепи статора R1 критический  момент двигателя определяется формулой (5.13). Так как  , то при таком соотношении критический момент и двигатель сохраняет свою перегрузочную способность.

Для вентиляторного характера момента нагрузки закон частотного регулирования имеет вид

а при моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости, он запишется в виде

Таким образом, при реализации частотного способа регулирования скорости двигателя должен использоваться преобразователь частоты, который позволяет также регулировать и напряжение на статоре двигателя в определенной пропорции.

Анализ механических характеристик  двигателя показывает следующее. Скорость идеального холостого хода двигателя  в соответствии с формулой изменяется пропорционально частоте напряжении. Механические характеристики двигателя разделяются на два семейства: характеристики, соответствующие частотам ниже номинальной (сетевой) , когда происходит снижение напряжения, и выше ее, когда напряжение остается неизменным на уровне номинального значения.

В области частот выполняется соотношение =const, так как напряжение, подводимое к двигателю, регулируется от номинального (сетевого) в сторону уменьшения. Поэтому Mк= const и двигатель имеет характеристики 6 и 7, показанные на рис. 5.11, б.

В области частот по условиям нормальной работы двигателя нельзя повышать напряжение выше номинального (паспортного). Поэтому регулирование скорости в этой области ведется при , что отражено на рис. 5.11, в. Таким образом, критический момент Мк при   в соответствии с (5.13) будет уменьшаться и характеристики будут иметь вид кривых 3 и 4, показанных на рис. 5.11, б.

Рассмотрим показатели регулирования  скорости двигателя. Реализуемый диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах составляет 10 ... 15, а в замкнутых (при использовании обратных связей) его значение может достигать 10000 и более.

Регулирование скорости в  этой системе может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в  обе стороны от естественной характеристики, т. е. двигатель может иметь скорость как больше, так и меньше номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют высокую жесткость, а двигатель сохраняет свою перегрузочную способность.

Частотное регулирование  скорости асинхронного двигателя не сопровождается выделением дополнительных потерь мощности, поскольку работа двигателя происходит при небольших  скольжениях.

В силу отмеченных высоких  показателей частотный способ находит широкое применение. Кроме того, можно назвать примеры, когда использование частотно-управляемого асинхронного ЭП является единственно возможным. Это привод высокоскоростных электрошпинделей, электроверетен, вентиляторов высокоскоростных аэродинамических труб, различных испытательных стендов и т.д.

 

4.4. Регулирование скорости электропривода с АД в каскадных схемах включения.

Каскадными называют такие  схемы включения двигателя, которые, обеспечивая регулирование его скорости, позволяют одновременно полезно использовать энергию потерь. Этот способ может быть использован только для двигателей с фазным ротором.

По способу использования  этой энергии различают схемы  электромеханического и электрического машинно-вентильных каскадов.

В электромеханическом машинно-вентильном каскаде (рис. 5.21, а) обмотка ротора двигателя 2, приводящего в движение исполнительный орган 1, подключается к трехфазному неуправляемому выпрямителю 4, собранному на полупроводниковых вентилях V. К выводам выпрямителя присоединен якорь вспомогательной машины 3 постоянного тока, ЭДС которой Ев.м. направлена навстречу ЭДС выпрямителя Ев, Двигатель 2 и машина 3 соединены одним валом. Рассмотрим баланс мощности в этой схеме.

Поступающая из сети мощность Р, за вычетом потерь в статоре двигателя 2 передается на ротор. Большая часть этой мощности, называемая электромагнитной и определяемая выражением , в виде полезной механической мощности Р2 = Mw отдается рабочей машине 1. Оставшаяся часть, определяющая мощность потерь скольжения , за вычетом потерь в цепях ротора двигателя 2, выпрямителя 4 и вспомогательной машины 3, с помощью последней преобразуется в механическую мощность и возвращается на вал ИО рабочей машины 1.

Если пренебречь потерями в схеме, то можно установить, что  рабочей машине 1 передается вся  электромагнитная мощность Pэм. Действительно, на приводной вал рабочей машины от двигателя 2 поступает мощность , от вспомогательной машины 3 мощность , в результате суммарная механическая мощность на валу рабочей машины

 

Рис. 5.21. Схемы электромеханического (а) и электрического (б) каскадов:

1 - исполнительный орган; 2 - двигатель; 3 - вспомогательная машина  постоянного тока;

4 - выпрямитель: 5 - синхронный  генератор.

В электрическом машинно-вентильном каскаде (рис. 5.21, б) в отличие от электромеханического вспомогательная машина 1 не имеет  механической связи с двигателем 2, а соединена валом с синхронным генератором 5, подключенным к сети переменного тока. В результате энергия потерь передается не на вал рабочей машины 1, а с помощью генератора 5 отдается в есть, в то время как рабочей машине передается только механическая мощность  .

Механические характеристики двигателя в рассмотренных каскадных схемах приведены на рис. 5.22.

При рассмотрении механических характеристик электромеханического каскада для разных значений токов Iв (рис. 5.22, а) видно, что максимальный момент по мере снижения скорости каскада возрастает, поскольку по мере увеличения тока возбуждения вспомогательной машины ее момент также возрастает. При этом максимальная механическая мощность каскада, определяемая произведением максимального момента на соответствующую этому моменту скорость, при разных токах возбуждения вспомогательной машины примерно одинакова. Поэтому электромеханаческий каскад называют каскадом постоянной мощности.

 

 

Рис. 5.22. Механические характеристики электромеханического (а) и электрического (б) каскадов:

1 - естественные; 2 ... 4- искусственные  при регулировании тока возбуждения

Асинхронный вентильный каскад.

В настоящее время в  связи с широким распространением силовых тиристорных преобразователей появилась возможность заменять ими электромашинные вращающиеся преобразователи. В частности, электромашинный агрегат (см. 3 ... 5 рис. 5.21, б) представляет собой преобразователь энергии постоянного тока, поступающей от выпрямителя 4, в энергию переменного тока, отдаваемую в есть. Такой машинный агрегат может быть заменен на статический преобразователь, состоящий из трансформатора 2 и инвертора 3 (рис. 5.23). В этой схеме к обмотке ротора двигателя подключен неуправляемый выпрямитель 5, инвертор 3 и реактор 4, который служит для сглаживания пульсации выпрямленного тока. Асинхронный ЭП по схеме рис. 5.23 получил название асинхронного вентильного каскада.

Инвертор представляет собой  преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока, ЭДС которого можно регулировать аналогично ЭДС машины постоянного тока. Поэтому механические характеристики асинхронного вентильного каскада аналогичны характеристикам вентильно-машинного электрического каскада.

 

Рис. 5.23. Схема асинхронного вентильного каскада:

1 - двигатель; 2 - трансформатор; 3 - инвертор: 4 - реактор; 5 - выпрямитель

Назовем основные показатели регулирования скорости двигателя в каскадных схемах включения.

 

 

 

 

 

 

4.5. Импульсное регулирование переменных ЭП с асинхронным двигателем.

 

Развитие полупроводниковой  техники активизировало применение импульсного способа Для регулирования переменных двигателя. Сущность его заключается в периодическом (импульсном) изменении параметров цепей двигателя или питающей сети. Применительно к асинхронному ЭП чаще всего осуществляется импульсное изменение подводимого к двигателю напряжения или сопротивлений резисторов в цепях ротора или статора. Эти способы применяются главным образом для регулирования скорости, хотя при необходимости они позволяют регулировать (ограничить) ток и момент двигателя.

Для импульсного регулирования  сопротивления резисторов R2.д в  цепи ротора двигателя 1 с фазным ротором (рис. 5.24, а) параллельно резистору 3 включены контакты управляемого ключа 2 (например, электромагнитного или тиристорного контактора), работающего с изменяемым заполнением (скважностью) О < < 1. Принцип действия и показатели регулирования скорости в такой схеме аналогичны рассмотренным применительно к двигателю постоянного тока.

Аналогично работает схема  на рис. 5.24, б, в которой используются выпрямитель 4 и резистор 5, включенный в цепь выпрямленного тока ротора. Шунтирование резистора 5 осуществляется с помощью тиристорного ключа 6, который также работает с управляемым заполнением (скважностью) .

Рис. 5.24. Схемы включения (а, б) и механические характеристики (в) асинхронного двигателя при импульсном регулировании сопротивления резистора  в цепи ротора:

1 - двигатель; 2 - импульсный  ключ: 3- резистор: 4 - выпрямитель; 5 - резистор; 6 - импульсный тиристорный ключ; 7 ... 10 - характеристики двигатель.

Использование рассмотренных  схем обеспечивает получение семейства  искусственных механических характеристик  двигателя при различных значениях  . Проанализируем характеристики асинхронного двигателя при работе управляемого ключа со скважностью