Характеристики асинхронного двигателя при питании от источника напряжения и от источника тока.

Преобразователь частоты, используемый в регулируемом электроприводе, может работать в двух режимах: источника напряжения и источника тока. В последнем случае в фазах электродвигателя формируются токи, которые не зависят от режима работы машины и её параметров, а определяются только сигналом задания. Величина тока определяется напряжением задания тока U з.т, а значение напряжения частоты - напряжением задания частоты U_з.ч (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Схема питания асинхронного двигателя отисточника тока.

На основании схемы замещения можем написать:

(4.4)

(4.5)

Схема замещения фазы и векторная диаграмма для режима питания асинхронной машины от источника тока будут иметь вид (рис. 4.3 а и б)

а) б)

Рис. 4.3. Схема замещения фазы (а) и векторная диаграмма (б) для режима питания асинхронной машины от источника тока.

Зависимости и имеют вид (рис. 4.4):

а) б)

Рис. 4.4. Зависимость тока ротора , тока намагничивания асинхронной машины от абсолютного скольжения (а) и магнитного потока в рабочем зазоре машины от тока намагничивания (б) для режима питания от источника тока.

(4.6)

Намагничивающий ток, равный току I ₁ при , с увеличением тока ротора непрерывно уменьшается, стремясь к значению:

(4.7)

Таким образом, при питании машины от источника тока вследствие размагничивающего действия тока ротора ток I _μ и магнитный поток Ф _μ изменяются при изменении скольжения s_а в широких пределах. При питании от источника напряжения намагничивающий ток примерно постоянен, т.к. его изменение обусловлено лишь изменением падения напряжения на сопротивлениях статора, которые невелики. Размагничивающее действие тока ротора в этом случае компенсируется соответствующими изменениями тока статора. В режиме питания от источника тока I ₁=const и размагничивающее действие тока ротора проявляется в полной мере.

а) б)

Рис. 4.5. Механические характеристики асинхронного двигателя при питании от источника тока и при (а); влияние насыщения на характер механических характеристик (б).

Вследствие этого при анализе механических характеристик в режиме питания от источника тока надо учитывать влияние магнитной цепи машины.

Аппроксимируем Ф _μ= f (I _μ) двумя прямыми (рис. 4.4б).

<p style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: 'Times New Roman'; font-size: large; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: auto; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px;">Будем считать, что при магнитная цепь машины ненасыщена и (прямая 1), а при - насыщена и (прямая 2).

Так как , то при магнитная цепь ненасыщенна при любых значениях s_а и . Тогда статические механические характеристики определяются зависимостью:

(4.8)

где

(4.9)

На рис. 4.5 а представлено семейство механических характеристик асинхронной машины при питании от источника тока , соответствующих ряду значений частоты при .

Из графика ω= f (M) видно, что при изменении частоты форма характеристики не меняется, изменяется лишь скорость идеального холостого хода ω₀=2π f ₁/ p. Величина критического скольжения значительно меньше величины , соответствующей случаю питания машины от источника напряжения, т.к.:

При значение М_k невелико, поэтому для получения такой же перегрузочной способности машины, как и в случае питания от источника напряжения, необходимо выбрать значения I ₁, превышающие в несколько раз.

При и идеальном холостом ходе магнитная цепь насыщена, поэтому при малых значениях можно без большой погрешности принять

.

С ростом скольжения намагничивающий ток уменьшается. Однако до значения , равного , при котором , насыщение сохраняется. В области больших скольжений () ток , возрастает и приближённо можно считать .

Следовательно, при в области реальная форма кривой ω= f (M) значительно отличается от приведённой на рисунке, а при больших скольжениях () магнитная цепь не насыщена из-за размагничивающего действия тока ротора и реальная механическая характеристика мало отличается от расчётной.

Принятая аппроксимация кривой намагничивания асинхронной машины позволяет приближённо оценить влияние насыщения на вид механической характеристики, которое соответствует области малых скольжений, т.е. её рабочему участку. При насыщении и ЭДС . Поэтому

где

;

Для оценки влияния степени насыщения на вид механической характеристики машины построим ω= f (M) для токов (кривая 1), (кривая 2), (кривая 3) без учёта насыщения (рис. 4.5б). На полученном рисунке построим, пользуясь последним выражением для механической характеристики, зависимость ω= f (M) с учётом насыщения (кривая 4). Здесь же изобразим реальные механические характеристики (кривые 5,6,7), соответствующие указанным выше токам.

Анализ полученных характеристик показывает, что при I ₁= I ₁₁ кривая 1 сливается с соответствующей реальной характеристикой 5, т.к. граничное скольжение в ненасыщенной машине равно нулю. С увеличением I ₁ и, следовательно, возрастанием увеличивается зона, где на вид механической характеристики оказывает влияние насыщение. Увеличение I ₁ приводит к увеличению критического скольжения.

Понижение напряжения при номинальной частоте приводит к уменьшению тока холостого хода и магнитного потока, а значит, и к уменьшению потерь в стали. Величина тока статора, как правило, повышается, коэффициент мощности увеличивается, скольжение возрастает, а к. п. д. несколько падает. Вращающий момент двигателя уменьшается, так как он пропорционален квадрату напряжения.

При повышении напряжения сверх номинального и номинальной частоте двигатель перегревается из-за увеличения потерь в стали. Вращающий момент двигателя растет, величина скольжения уменьшается. Ток холостого хода увеличивается, а коэффициент мощности ухудшается. Ток статора при полной нагрузке может уменьшиться, а при малой нагрузке может увеличиться вследствие увеличения тока холостого хода.

При уменьшении частоты и номинальном напряжении увеличивается ток холостого хода, что приводит к ухудшению коэффициента мощности. Ток статора обычно возрастает. Увеличиваются потери в меди и стали статора, охлаждение двигателя несколько ухудшается вследствие уменьшения частоты вращения.

При повышении частоты сети и номинальном напряжении уменьшается ток холостого хода и вращающий момент.

23. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения изменением подводимого к якорю напряжения.

Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.

При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника энергии с регулируемым напряжением и Uном двигателя.

Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого к двигателю напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.

Данный способ регулирования является экономичным, так-так регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря. По всем перечисленным выше показателям данный способ регулирования по сравнению с первым и вторым наилучший.

24. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения изменением магнитного потока машины.

При втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.

При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 - 4.

Механические характеристики для различных значений потока двигателя приведены на рис. 2, а и 2, б, из которых видно, что характеристики в пределах номинального тока имеют высокую степень жесткости.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.

Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.

Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.

25. Регулирование скорости и момента двигателя постоянного тока независимого возбуждения введением сопротивлений в цепь якоря.

Рассмотрим первый способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря. Схема включения двигателя для этого случая представлена на рис. 1, а электромеханические и механические характеристики — на рис. 2, а.

Рис. 1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Рис. 2. Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.

Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен (D= 2 - З).

Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.

26. Методы расчетов пусковых диаграмм двигателя постоянного тока независимого возбуждения (графические и аналитические).

Дата добавления: 2015-09-05