 |
Пуск АД с повышенным скольжением
|
|
|
|
Двигатели с повышенным скольжением имеют несколько меньшую скорость, чем обычные, но при пуске развивают больший момент, потребляя меньший ток.
1. Обычный АД (рисунок 3.10).
2. С повышенным скольжением (рисунок 3.10).
Рисунок 3.10 – Мех. хар-ки асинхронных двигателей обычного исполнения (1) и с повышенным скольжением (2)
Повышение скольжения обеспечивается увеличенным активным сопротивлением обмотки фазового ротора.
Пуск двухклеточного двигателя. На роторе две обмотки (рисунок 3.11). Одна – пусковая, расположенная ближе к поверхности, из бронзовых стержней небольшого сечения. Вторая – рабочая, из красной меди большого сечения. Ввиду большого индуктивного сопротивления рабочей обмотки в момент пуска, ток ротора в основном протекает по пусковой обмотке. По мере разгона двигателя с уменьшением частоты тока ротора индуктивное сопротивление рабочей обмотки уменьшается, и она становится основным токоведущим контуром. Большое активное сопротивление пусковой обмотки обуславливает ограничение броска пускового тока значениями (3-4)Iн, вместо (5-7)Iн у обычных двигателей.
Рисунок 3.11 – Двухклеточная обмотка ротора асинхронного двигателя (а) и мех. хар-ки
1-хар-ка, полученная при прохождении тока по пусковой обмотке П; 2-то же по рабочей обмотке Р; 3-результирующая хар-ка.
Каждая обмотка ротора создает свой вращающий момент. Общий момент (кривая 3) является суммой моментов пусковой (1) и рабочей (2) обмоток, и 
вместо 
у обычных двигателей.
Такие двигатели дороже и у них ниже КПД и 
, но не требуется для пуска специальных сопротивлений и аппаратуры.
Пуск двигателя с глубокими пазами.
h > b в 15-20 раз (рисунок 3.12).
Рисунок 3.12 – Глубокопазная обмотка ротора
|
|
|
Нижняя часть сечения имеет гораздо большее индуктивное сопротивление и в начальный момент пуска в токопроведении почти не участвует. Это увеличивает активное сопротивление обмотки за счет "вытеснения" тока к поверхности и тем самым уменьшает пусковой ток. Но повышенное индуктивное сопротивление снижает 
и перегрузочную способность двигателя.
Пуск двигателя с фазовым ротором. Осуществляется с помощью активных сопротивлений, включаемых в цепь ротора. Это позволяет уменьшить бросок тока и увеличить пусковой момент вплоть до его максимального значения 
.
Пусковое сопротивление можно рассчитать, используя графики 
(рисунок 3.13).
Выбирают значения 
и 
. На естественной характеристике отмечают точки " а " и " б", соответствующие выбранным значениям момента. Через эти точки проводят прямую линию до пересечения в точке " с " с горизонтальной линией, соответствующей синхронной скорости 
.
На основании пропорциональной зависимости между скольжением и активным сопротивлением цепи ротора для начального момента пуска можно записать:
откуда 
;
после замыкания первой пусковой ступени
откуда 
аналогично сопротивление второй ступени 
и т.д.
или для нашего случая – для двух ступеней 
;
сопротивление роторной обмотки 
или 
.
Рисунок 3.13 – Пусковая диаграмма асинхронного двигателя с фазным ротором
Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором представлена на рисунок 3.14.
При нажатии кнопки " пуск " получает питание 1РУ, которое разомкнет свои контакты на СП и с выдержкой времени замкнет в цепи 2РУ.
2РУ разомкнет свои контакты на СП, введя полное сопротивление, и с выдержкой времени замкнет контакт в цепи КЛ. КЛ срабатывает и включает двигатель с полным сопротивлением в цепи ротора, а в цепи 1РУ размыкается контакт КЛ2 и 1РУ с выдержкой времени замкнет свои контакты на СП и разомкнет в цепи 2РУ. 2РУ замкнет свои контакты на СП и сопротивление будет полностью выведено. Второй контакт КЛ2 шунтирует кнопку " пуск " и контакт 2РУ. При подаче питания на схему загорается Лз, а при пуске АД загорается Лб.
|
|
|
Рисунок 3.14 – Элементарная схема пуска асинхронного двигателя с фазовым ротором
Вопросы для самоконтроля.
1. Перечислите способы пуска электроприводов с АД.
2. В каких случаях применяется прямой пуск АД?
3. Как производится пуск АД с помощью включения резисторов?
4. Как производится пуск АД путем пониженного напряжения?
5. Как производится пуск АД через дроссель?
6. Как производится автотрансформаторный пуск АД?
7. Как производится пуск АД переключением со звезды на треугольник?
8. Что из себя представляют двигатели с повышенным скольжением?
9. Как производится пуск двухклеточного двигателя?
10. Как производится пуск двигателя с глубокими пазами?
Литература [1-5]
Регулирование скорости АД
Скорость АД
. (3.20)
Т.е. можно регулировать:
1. Частотой сети.
2. Числом пар полюсов.
3. Скольжением, а 
.
Регулирование скорости с помощью R2 в цепи ротора. Этот способ применим для АД с фазовым ротором, и позволяет уменьшить скорость. При введении R2 скачком уменьшится
(3.21)
и соответственно уменьшится 
и возникший при этом отрицательный динамический момент вызовет уменьшение скорости, а следовательно увеличение скольжения, ЭДС 
и тока в роторе, что повлечет за собой нарастание 
до 
и наступит равновесие моментов при новой 
.
Регулирование скорости переключением числа пар полюсов. Регулирование скорости осуществляется либо применением и переключением самостоятельных обмоток на статоре, либо переключением секционных групп одной обмотки на различные числа полюсов. Для регулирования скорости при постоянном моменте обмотку статора переключают со звезды на двойную звезду (рисунок 3.15,а). Каждая часть обмотки рассчитана на 
. Тогда
; 
; 
. (3.22)
; 
; 
.
Т е. вдвое увеличилась скорость и мощность, а момент не изменился.
Для регулирования 
ЭД при постоянной Р обмотку статора переключают с D в двойную звезду (рисунок 3.15,б).
; 
; 
; (3.23)
; 
.
Т.е.мощность остается примерно постоянной, скорость возрастает,а момент уменьшается вдвое.
|
|
|
Рисунок 3.15 – Схемы включения обмоток и механические характеристики двухскоростных двигателей при переключении: а) со звезды на двойную звезду; б) с треугольника на двойную звезду
Изменение скорости частотой. Такое регулирование является плавным и экономичным.Оно позволяет получить диапазон регулирования до 12:1 при достаточно жестких механических характеристиках. Для того чтобы обеспечить постоянную перегрузочную способность, ограничить значение токов и получить экономичный режим работы ЭД, с изменением частоты необходимо соответствующим образом изменить и напряжение.
Пренебрегая активным сопротивлением обмотки статора
. (3.24)
Для сохранения перегрузочной способности ЭД необходимо
, (3.25)
откуда
. (3.26)
Из этого уравнения следует, что оптимальный закон изменения напряжения при регулировании частоты определяется характером зависимости статического момента от скорости привода
, то 
, (3.27)
где
; 
. (3.28)
Учитывая изменение индуктивного сопротивления обмоток ЭД (рисунок 3.16) при изменении 
можно получить уравнение механических характеристик
. (3.29)
| Рисунок 3.16 – Механические хар-ки асинхронного двигателя при регулировании частоты питающего тока и ωf=const | Рисунок 3.17 – Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании для Мст=cω2 |
Примеры: 1. Для 
; 
, т.е. 
должно меняться пропорционально 
. При этом 
, что обеспечит постоянство перегрузочной способности ЭД - 
.
2. Когда нагрузка изменяется по вентиляторному закону 
и 
, то 
, т.е. напряжение следует изменять пропорционально квадрату частоты. При этом 
, т.к. 
. Установленный закон изменения напряжения обусловлен следующим:
Если пренебречь падением напряжения в обмотке статора, то 
или 
. Если нарушать это условие, т.е. при 
изменить только 
, то с ее уменьшением Ф будет расти, что вызовет увеличение потерь от намагничивающегося тока. При увеличении поток уменьшится, что при неизменном 
вызовет увеличение тока нагрузки. В обоих случаях ЭД будет перегреваться при нагрузках меньших, чем номинальные.
|
|
|
Если изменяется в небольших пределах, то крутизна механических характеристик и критический момент мало отличаются от значений на естественной характеристике (рисунок 3.17). При низких же частотах индуктивное сопротивление уменьшается настолько, что становится соизмеримым с активным сопротивлением обмотки статора, падение напряжения в котором теперь значительно уменьшает критический момент и увеличивает крутизну мех. характеристик.
Если уменьшение 
нежелательно, то при малых , 
снижают медленнее, чем .
Тиристорный привод позволяет регулировать скорость, реверсировать и тормозить АД (рисунок 3.18).
| б) |
Рисунок 3.18 – Схема преобразователя частоты для управления асинхронным двигателем (а) и график напряжения, подводимого к статору двигателя (б)
Вопросы для самоконтроля.
1. Как производится регулирование скорости АД с помощью введения сопротивлений в цепи ротора?
2. Как производится регулирование скорости АД переключением числа пар полюсов?
3. Как производится регулирование скорости АД частотой?
4. Как производится регулирование скорости АД напряжением?
Литература [1-5]
Торможение АД
Рекуперативное торможение. Если под действием внешних сил или по инерции ротор АД будет вращаться в направлении поля статора со скоростью 
,то он перейдет в режим генераторного рекуперативного торможения с 
и скольжением 
от 0 до - 
. При обмотка ротора пересекается полем статора в противоположном направлении и ЭДС 
меняет направление на противоположное, т.е. АД уже работает генератором и перейдя в генераторный режим по-прежнему потребляет из сети намагничивающий ток и создает изменивший направление электромагнитный (тормозной) момент.
Режим генераторного рекуперативного торможения возникает и при переключении АД с большей скорости на меньшую путем изменения числа пар полюсов, или уменьшением частоты (рисунок 3.19). При этом 
становится меньше 
, благодаря чему на участке аб АД работает в режиме рекуперативного торможения. Затем от 
до 
АД перейдя в двигательный режим, затормаживается под действием разности тормозного статического и движущего электромагнитного моментов.
|
|
|
Рисунок 3.19 – Мех. характеристики асинхронных двигателей в рекуперативном режиме: а) при переходе с большей скорости на меньшую; б) при активном статическом моменте на валу
При спуске тяжелых грузов АД до скорости - 
, разгоняется под действием динамического момента 
. По достижении АД переходит в режим рекуперативного торможения и продолжает разгоняться под действием , который преодолевает тормозной момент АД 
. При скорости 
моменты уравновешивают друг друга 
, в результате наступает установившийся режим рекуперативного торможения (рисунок 3.19).
Динамическое торможение. Для получения этого быстрого торможения обмотка статора отключается от сети трехфазного переменного тока и включается на пониженное напряжение постоянного тока (рисунок 3.20, а).
Рисунок 3.20 – Схемы включения (а и б) и мех. хар-ки (в) асинхронного двигателя при динамическом торможении
Постоянный ток, протекая по обмотке статора (рисунок 3.20, б), создает неподвижное в пространстве магнитное поле, которое наводит ЭДС и ток в обмотке вращающегося по инерции ротора. При взаимодействии этого тока с магнитным полем статора и возникает тормозной момент. В этих условиях АД представляет собой обращенный СГ с неявно выраженными полюсами, работающий при переменной частоте на сопротивление ротора.
Для упрощения расчетов генераторный режим приводят к эквивалентному двигательному режиму и неравномерно загружающий фазы статора 
заменяют переменным током 
, одинаковым во всех трех фазах и создающим такую же М.Д.С., как и , т.е. 
.
Тогда электромагнитный момент двигателя в тормозном режиме
, (3.30)
где 
- относительная угловая скорость и максимальный (критический) тормозной момент
, (3.31)
где
(3.32)
- реактивное сопротивление намагничивания, 
- намагничивающий ток (реактивная составляющая тока 
) (рисунок 3.20, в).
Для улучшения тормозных характеристик АД с фазовым ротором в его цепь включают 
, увеличивая тем самым значение 
(минимальная длительность переходного процесса соответствует =0,41). Нужное значение 
устанавливают, выбирая ток , которому соответствует ,определяемый напряжением источника постоянного тока 
. Зная и , механическую характеристику динамического торможения можно построить по формуле
. (3.33)
Торможение противовключением. Применяется для экстренных остановок и для посадочных скоростей при опускании тяжелых грузов.
Режим противовключения возникает, когда ротор под действием внешних сил или по инерции начинает вращаться в сторону противоположную вращению поля статора. Его также можно получить, поменяв порядок следования фаз обмотки статора (рисунок 3.21).
Рисунок 3.21 – Схема включения (а) и мех. характеристики (б) асинхронного короткозамкнутого двигателя при торможении противовключением и при реверсировании
При 
ЭД необходимо отключить от сети, чтобы он не начал вращаться в обратную сторону. Для ограничения броска тока и увеличения тормозного момента ЭД с фазовым ротором в него одновременно с переключением контактов КН и КВ включают добавочное сопротивление. При активном статическом моменте на валу двигателя с фазовым ротором (рисунок 3.22) режим противовключения можно получить, если включить в цепь ротора значительные добавочные сопротивления и уменьшить пусковой момент до 
. Рассмотренному режиму соответствуют скольжения
. (3.34)
Построение тормозных механических характеристик производится также как и для двигательного режима.
Рисунок 3.22 Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при торможении противовключением
Вопросы для самоконтроля.
1. Как производится рекуперативное торможение АД?
2. Как производится динамическое торможение АД?
3. Как производится рекуперативное торможение АД противовключением?
Литература [1-5]
|
|
|
