Лекции по " Электроприводу и электрооборудованию"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        При отключении якоря от сети  и замыкании его на сопротивление  характеристика с точки 1 переходит в точку 2 на характеристику динамического торможения (точки 2-3-4). В точке 3 двигатель останавливается, тормозной момент становится равным нулю. Под воздействием момента сопротивления (М_с) скорость двигателя возрастает и в точке 4 момент тормозной равен моменту сопротивления, а w=w_уст.

        Все режимы  работы ДПТ НВ представлены на рисунке 15.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция №5

Механические  характеристики асинхронных двигателей

Вопросы

1) Общие сведения  по ЭП с асинхронными двигателями  (АД)

2) Вывод и  анализ механических характеристик  АД с к.з. ротором

3)  Расчет механических  характеристик АД по паспортным  данным

1 Общие сведения

ЭП с трехфазным асинхронным  двигателем  является самым массовым видом привода в промышленности и сельском хозяйстве. Такое положение определяется простотой изготовления и эксплуатацией АД, их меньшими (по сравнению с ДПТ) массой, габаритами и стоимостью, а также надежностью.

Таблица 1 – Сравнительная   характеристика АД различных серий

Тип	Год разработки	Мощность удельная,   кг/кВт	КПД	cos
АО	1949	22,5	70	0,76
АО2	1962	15	73,5	0,78
Д	1965	14	80	0,83
4А	1971	10	80,5	0,84
АИ	1983	7	82	0,86

 

В серии АИ по  сравнению  с 4А:

- снижение шума на 10-15 Дб;

- масса уменьшилась  на 10-15%;

- провода  с температурным индексом  F=155⁰C;

- температура нагрева  снижена  на 15⁰С.

 

Двигатели предназначены  для работы в режимах S₁…S₈ в цепях переменного тока, f=50 Гц, U=220, 380, 660 В.  По требованию заказчика могут выполняться на другие  напряжения и f=60 Гц.

   Модификации и конструктивные особенности  АД имеют очень широкий диапазон: с повышенным пусковым моментом и скольжением; с фазным ротором;  встраиваемые; маломощные;  со встроенной  температурной  защитой; с электромагнитным тормозом; химостойкие и т.д.   АД различаются по климатическому исполнению и категории размещения.

 

 

  Основной областью применения  АД до недавнего времени являлся  нерегулируемый ЭП. В последние годы в связи с разработкой и серийным выпуском электротехнической промышленностью тиристорных преобразователей частоты и напряжения, стали создаваться  регулируемые асинхронные ЭП  с характеристиками, не уступающими по своим показателям ЭП постоянного тока. Такая прогрессивная тенденция развивается не только в России, но и за рубежом.

АД выполняется в двух вариантах: с фазным ротором и ротором  в виде беличьей клетки.

2 Вывод и  анализ уравнения механической  характеристик АД

 

        Воспользуемся упрощенной  П-образной  схемой замещения асинхронного двигателя (рисунок 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U_ф – фазное напряжение сети;

I₁ – фазный ток статора;

Iμ – ток намагничивания;

I'₂ – ток приведенный ротора;

Х₁, Х'₂ – индуктивные сопротивления от потоков рассеяния фазы обмотки статора и приведенное фазы ротора;

R₁,R'₂ – первичные и вторичные приведенные активные сопротивления;

Rμ, Xμ - активное и индуктивное сопротивление контура намагничивания;

S – скольжение АД ( );

w₀ – угловая скорость поля статора ( );

f – частота питающего тока;

р – число пар полюсов АД.

 

В соответствии с приведенной схемой замещения можно получить выражение для вторичного тока

,                  (1)

где Х_к – индуктивное сопротивление двигателя при коротком замыкании.

 Из выражения (1) и схемы замещения следует, что ток в цепи ротора зависит от скольжения. При S=0, т.е. когда поля вращающегося ротора и статора равны w=w₀ (ток ротора равен 0). При S=1, т.е. когда ротор не вращается  (ток равен пусковому, т.е. max).

Из (1) следует, что  ток пусковой зависит  от параметров двигателя (R₁, R'₂, X₁, X'₂) и напряжения сети U_ф,  и не зависит от нагрузки.

   Пусковой ток АД  обычно в 5…8 раз превышает номинальный. Большие пусковые токи приводят к значительному падению напряжения в сети, что вредно отражается на уже работающих от этой сети приемниках.

Кратность пускового  тока важная характеристика, приводимая в каталогах     .

  При составлении схемы замещения были приняты следующие допущения: активное сопротивление ротора не зависит от частоты вторичной цепи, насыщение магнитной системы не влияет на реактивные сопротивления обмоток ротора и статора, проводимость намагничивающего контура остается постоянной, т.е. ток намагничивания зависит только от приложенного напряжения, отсутствуют добавочные потери и высшие гармонические составляющие МДС.

С учетом этих допущений: мощность Р₁, потребляемая двигателем из сети, расходуется на потери Р_о в намагничивающем контуре, потери в меди Р_м обмотки статора и преобразуется в электромагнитную мощность Р_эм

,                      (2)

где m – число фаз.

 С другой стороны

        или         Р_эм=Мw₀     или         ,

подставляя I'₂ получим

   .                        (3)

Из (3) следует, что момент  зависит от напряжения сети  (АД  очень чувствителен к колебаниям сети).

   Исследование полученной зависимости М=f(S) на экстремум, которое осуществляется нахождением производной dM/dS и

 

приравниванием  ее к  нулю, обнаруживает наличие двух экстремумов момента и скольжения

,                                   (4)

 где    + - двигательный  или торможение противовключением;

           -  - генераторный режим параллельно с сетью;

,                                             (5)

( +  двигательный, - генераторный  режимы).

Важно  отметить  S_к  не зависит от напряжения.

  Если (3) разделить  на (4)  получаем

,                                         (6)

где М_К – максимальный (критический) момент;

       S_К – критическое (max) скольжение;

       a=R₁/R'₂.

   Максимальный момент для генераторного режима можно найти аналогично, беря S_К с отрицательным знаком.

Величина М_max в генераторном режиме будет больше, чем в двигательном, что связанно с падением напряжения в активном сопротивлении цепи статора.

 Если в уравнении (6) пренебречь  активным сопротивлением статора  (!), то получится формула удобная  для расчетов 

 

.                                                 (7)

 

  Если в (7) вместо  текущих значений момента и  скольжения подставить их номинальное значение М_ном и S_ном и обозначить , то может получено выражение связывающее критическое и номинальное скольжение

 

)        для     Р>10кВт,

 

  для  Р<10 кВт, когда  R нельзя пренебречь.

 

Характерные точки механической характеристики и режимы работы АД поясняются рисунком 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• S=0, w=w₀ – идеальный холостой ход,
• S=1, w=0 – режим короткого замыкания,
• S<0, w>w₀ – генераторный  параллельно с сетью (рекуперативное торможение),
• S>1, w<0 – генераторное, последовательно с сетью (торможение противовключением).

 

    Таким образом, рабочая  часть характеристики ориентировочно  может быть принята линейной, пусковая часть – нелинейной.

  В зависимости  от назначения АД могут иметь  различные

            и             .

 

 По ГОСТ:      λ_м не ниже 1,65 – для АД с короткозамкнутым ротором

                             (обычно 1,7…2,2);

                         λ_м не ниже 1,8 – для фазного ротора;

                         λ_м=2,3…3,4    -   для крановых двигателей;

      λ_п   обычно = 1,0…2,0  (могут  λ_п=2,5…2,8).

  

Для повышения М_пуск и снижения I_пуск применяют двигатели с короткозамкнутым ротором специальной конструкции. Роторы имеют две клетки, расположенные концентрически, или глубокие пазы с высокими и узкими стержнями. Сопротивление ротора этих двигателей в пусковой период значительно больше, чем при w_ном, вследствие поверхностного эффекта, обусловленного повышенной частотой тока в роторе при больших скольжениях.

 

 

  Необходимо отметить влияние  высших гармоник зубцовых полей при работе АД под  нагрузкой, что приводит к провалу механической характеристики при  S=0,85 (рисунок 3).

 

Данная точка характеризуется   .

                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость номинального скольжения  от мощности АД представлена на рисунке 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3  Расчет механических  характеристик АД по паспортным  данным

 

В паспорте приводятся: Р_н; U_н; I_н; n_н , мин^-1; η_н; cos _н

в каталогах: λ_max,λ_n,λ_min.

 

 

 

 

 

 

 

 

Порядок расчета:

1) ,   

2) ,

3) М_к=М_max=λ_maxM_н,

     S_к из лекции № 9,

4) Задаваясь скольжением  находим ,

5) Заполняем таблицу

 

 

S
M,Н·м

 

Рисунок 1 – Механическая

характеристика АД

 

 

Механическую характеристику можно  построить по пяти характерным точкам (рисунок 1):

 

1. S=0; w=w₀; M=0;
2. S=S_н; M=M_н; ;
3. S=S_к; M_к=λ_mахM_н;
4. S=S_min=0,85; M_min=λ_minM_н;

     5) S=1; w=0; M=М_пуск=λ_пускМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция № 7

  Регулирование угловых скоростей ЭП с асинхронным двигателем

 

Вопросы

1)Регулирование угловой скорости ЭП с АД

     2) Регулирование координат АД с помощью сопротивлений

1 Регулирование угловой скорости ЭП с АД

 

Наряду с использованием ЭП постоянного  тока в последние годы с развитием полупроводниковой техники все большее внимание уделяется применению ЭП с АД (короткозамкнутый, фазный ротор) в различных системах регулирования. Для установок большой мощности в безредукторных, тихоходных ЭП экономически оправданный оказывается также регулируемый, синхронный двигатель.

  Применение двигателей переменного тока обусловлено их простотой, дешевизной, высокой надежностью, существенно (в 2..3 раза) меньшими габаритами и массой по сравнению с двигателями постоянного тока. Кроме того, некоторые способы регулирования  частоты вращения не требуют специальных преобразовательных устройств.