Пример расчета механической характеристики асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с напряжением = 380 В при = 50 Гц. Параметры двигателя: Pн= 14 кВт, nн= 960 об/мин, cosφн= 0,85, ηн= 0,88, кратность максимального момента kм= 1,8.

Определить: номинальный ток в фазе обмотки статора, число пар полюсов, номинальное скольжение, номинальный момент на валу, критический момент, критическое скольжение и построить механическую характеристику двигателя.

Решение. Номинальная мощность, потребляемая из сети

P1н =Pн / ηн = 14 / 0,88 = 16 кВт.

Номинальный ток, потребляемый из сети

Число пар полюсов

p = 60 f / n1 = 60 х 50 / 1000 = 3,

где n1 = 1000 – синхронная частота вращения, ближайшая к номинальной частоте nн= 960 об/мин.

Номинальное скольжение

sн = (n1 - nн) / n1 = (1000 - 960) / 1000 = 0,04

Номинальный момент на валу двигателя

Критический момент

Мк = kм х Мн = 1,8 х 139,3 = 250,7 Н•м.

Критическое скольжение находим подставив М = Мн, s = sн и Мк / Мн = kм.

Для построения механической характеристики двигателя с помощью n = (n1 - s) определим характерные точки: точка холостого хода s = 0, n = 1000 об/мин, М = 0, точка номинального режима sн = 0,04, nн = 960 об/мин, Мн = 139,3 Н•м и точка критического режима sк = 0,132, nк = 868 об/мин, Мк =250,7 Н•м.

Для точки пускового режима sп = 1, n = 0 находим

По полученным данным строят механическую характеристикудвигателя. Для более точного построения механической характеристики следует увеличить число расчетных точек и для заданных скольжений определить моменты и частоту вращения.

36. Особенность схемы замещения АД в том, что в ней ток ЭДС и параметры цепи ротора приведены к цепи статора, что и позволяет изобразить эти две цепи на схеме соединёнными электрически. Хотя в действительности связь между ними осуществляется через электромагнитное поле. Приведение осуществляется с помощью коэффициента трансформации АД по ЭДС.

Рисунок 8.1 – Схема замещения асинхронного двигателя

Из рисунка 8.1 ЭДС статора равен приведённой ЭДС ротора, а ток намагничивания I_µ, определяющий магнитный поток АД протекает под действием фазного напряжения по отдельной цепи, состоящей из сопротивлений контура намагничивания.

Непосредственный расчёт механической характеристики в виде зависимости ω₂ = f(M) ведётся с использованием выражения частоты вращения

ω = ω₀∙(1 – S) (8.1)

и формулы Клосса:

37.

 

Асинхронный электродвигатель является основой многих инструментов, например, таких как сверлильный и точильный станок. Обычно концы обмоток такого двигателя выводятся на трех- или шестиклеммную колодку. В первом случае речь будет идти о схеме подключения «звезда» или «треугольник». А если колодка шестиклеммная, то это означает, что обмотки друг к другу не подключаются.   Очень важным моментом является правильное соединение концов обмоток. При использовании схемы «звезда» одноименные выводы нужно объединять в нулевую точку, а при «треугольнике» нужно соединить конец первой обмотки с началом второй, а ее конец с началом третьей, после чего конец третьей соединяется с началом первой.   Схема (а) и векторная диаграмма (б) конденсаторного асинхронного двигателя: U, UБ, UC — напряжения; IA, IБ — токи; А и Б — обмотки статора; В —центробежный выключатель для отключения С1 после разгона двигателя; C1 и C2 — конденсаторы.     Схема включения в однофазную сеть трехфазного асинхронного двигателя с обмотками статора, соединенными по схеме «звезда» (а) или «треугольник» (б): B1 — Переключатель направления вращения (реверс), В2 — Выключатель пусковой емкости; Ср — рабочий конденсатор; Cп — пусковой конденсатор; АД — асинхронный электродвигатель. Это возможно, если выводы обмоток маркированы. Если же нет, то можно поступить следующим образом. Все три обмотки определяют омметром, обозначив их условно 1,2,3, находя при этом начало и конец каждой из них. Для этого две любые нужно объединить последовательно и подать на них напряжение от 6 до 36 В, а к третьей подключить вольтметр переменного тока. Если есть переменное напряжение, то 1-я и 2-я обмотки включены согласно, а его отсутствие означает их встречное соединение. В этом случае выводы одной из обмоток следует всего лишь поменять местами и отметить начало и конец первой и второй обмотки. Для определения начала и конца 3-й обмотки, процедуру нужно повторить еще раз, но уже со 2-й и 3-й соответственно.

38. усковые устройства. Чтобы получить пусковой момент, однофазные двигатели снабжают пусковой обмоткой Я, расположенной со сдвигом на 90° по отношению к основной рабочей обмотке Р (рис. 272,а и б). На период пуска пусковую обмотку присоединяют к сети через фазосдвигающие элементы — конденсатор или резистор. После окончания разгона двигателя пусковую обмотку отключают, и двигатель продолжает работать как однофазный. Поскольку пусковая обмотка работает лишь короткое время, ее изготовляют из провода меньшего сечения по сравнению с рабочей обмоткой и укладывают в меньшее число пазов.

Если использовать в качестве фазосдвигающего элемента конденсатор С (рис. 273, а), то можно получить режим работы при пуске, близкий к симметричному, т. е. получить круговое вращающееся поле.

При легких условиях пуска (небольшой нагрузочный момент в пусковой период) применяют двигатели с пусковым резистором R (рис. 273,б). Наличие резистора в цепи пусковой обмотки обеспечивает меньший сдвиг фаз?₁ между напряжением и током в этой обмотке, чем сдвиг фаз?₂ в рабочей обмотке. В связи с этим

Рис. 272. Расположение обмоток статора в двухфазной двухполюсной машине

токи в рабочей и пусковой обмотках оказываются сдвинутыми по фазе на угол?₁ –?₂ и образуют несимметричное (эллиптическое) вращающееся поле, благодаря чему и возникает пусковой момент. Однофазные двигатели с конденсаторным пуском и двигатели с пусковым резистором имеют высокую эксплуатационную надежность.

Поскольку включение второй обмотки существенно улучшает характеристики двигателя, в некоторых случаях применяют двухфазные двигатели, в которых обе обмотки включены постоянно. Если сдвиг по фазе 90° между токами в фазах А и В (рис. 274) осуществляется путем включения в одну из них конденсаторов, то такие двигатели называются конденсаторными.

В двухфазных двигателях обе обмотки А и В занимают, как правило, одинаковое число пазов и имеют равную мощность. При пуске конденсаторного двигателя рационально иметь увеличенную емкость С_р + С_п. После разгона двигателя и уменьшения тока часть конденсаторов С_п отключают, чтобы увеличить емкостное сопротивление и при номинальном режиме (когда ток двигателя становится меньшим, чем при пуске) обеспечить режим работы дви-

Рис. 273. Схемы пуска однофазного асинхронного двигателя при использовании конденсатора (а) и резистора (б)

39. Этот способ регулирования часто называют реостатным. Он заключается во введении добавочных (активных) сопротивлений в статорную или роторную цепь Д. Способ очень прост, но сопровождается значительными потерями и не позволяет получить высокое качество регулирования. Здесь может быть несколько вариантов [9].

Первый вариант: включение добавочного резистора в цепь статора.

.

Этот способ применяется для ограничения токов в переходный период. Обычно он используется для Д с короткозамкнутым ротором. Очевидно, что включение резистора приводит к снижению тока ротора и статора и не влияет на величину скорости идеального хода:

.

Критическое скольжение уменьшается:

.

Рис. 5.5. Электромеханические (а) и механические (б) характеристики АД при введении добавочного резистора в цепь статора

Электромеханические характеристики (рис. 5.5, а) выходят из одной точки . С увеличением сопротивления жесткость характеристик уменьшается, и располагаются они в первом квадранте левее и ниже естественной. Как видно из характеристик, этот способ можно использовать для ограничения тока Д.

Анализ механических характеристик (рис. 5.5, б) показывает, что они также выходят из одной точки и располагаются ниже и левее естественной. С увеличением критический момент уменьшается, уменьшается также и критическое скольжение. Использовать этот метод для регулирования частоты вращения не представляется возможным из-за малого диапазона регулирования и малой перегрузочной способности. Этот способ также отличает низкая экономичность. Применяется данный способ, как правило, лишь для ограничения токов и моментов при пуске, торможении и реверсе.

Примечание: может быть использовано импульсное регулирование координат привода за счет замыкания ключом резисторов, включенных в цепь статора.

Второй вариант: включение добавочного резистора в цепь ротора.

Этот метод используется только в Д с фазным ротором и состоит во введении добавочного сопротивления в цепь ротора. В данном случае переменной величиной является = var. При этом электромеханическая характеристика Д останется такой же, как и в предыдущем случае, а механическая будет существенно отличаться. Учитывая то, что критический момент не зависит от сопротивления фазы ротора (Мк=const), а критическое скольжение меняется, отсюда механические характеристики имеют вид, представленный на рис. 5.6.

По своим возможностям и характеристикам этот способ соответствует способу регулирования частоты вращения ДПТ НВ изменением сопротивления в цепи якоря.

При увеличении характеристики выходят из одной точки и располагаются ниже естественной. Диапазон регулирования . Плавность зависит от плавности изменения регулировочного резистора . Данный способ неэкономичен. Применяется он при кратковременном регулировании частоты вращения, а также для регулирования тока и момента. В этой схеме возможно добиться увеличения пускового момента, и при этом перегрузочная способность Д не меняется. Этот способ широко используется в крановых Д. Потери в роторе пропорциональны скольжению, поэтому при увеличении увеличиваются и потери.

Рис. 5.6. Механические характеристики АД при введении

добавочного сопротивления в цепь ротора

Примечание: возможно импульсное регулирование частоты вращения этим методом (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Схема включения (а) и механические характеристики (б) АД при импульсном регулирования координат

t1 – время замкнутого состояния ключа К;

t2 – время разомкнутого состояния ключа К.

При замыкании ключа К резистор R шунтируется и двигатель работает на естественной характеристике.

40Регулирование скорости асинхронного двигателя (АД) изменением подводимого напряжения. Частотное регулирование скорости АД. Законы оптимального управления системой преобразователь частоты – асинхронный двигатель (ПЧ – АД). Особенности частотного регулирования скорости АД при работе с различными преобразователями. Структурные схемы систем частотного регулирования скорости АД.

Методические указания

Изменение подводимого к АД напряжения может осуществляться различными способами. Вначале целесообразно рассмотреть процесс регулирования, при использовании тиристорного регулятора напряжения (ТРН) и введении обратной отрицательной связи по скорости. Необходимо учитывать, что напряжение на выходе ТРН несинусоидально, зависит от угла регулирования и от угла активно-индуктивной нагрузки, которой является АД при определенном скольжении. Электромагнитный момент АД определяется, в основном, первой гармоникой напряжения. Поэтому для расчета механических характеристик АД необходимо знать зависимость первой гармоники напряжения от напряжения управления при различных значениях скольжения и соответственно при различных значениях угла активно-индуктивной нагрузки. Потери в роторной цепи при этом способе регулирования пропорциональны скольжению. Следовательно, чтобы при продолжительной работе с малой скоростью двигатель не перегревался, необходимо снижать нагрузку в обратно-пропорциональной зависимости от сколь-жения, что ограничивает применение данного способа.

Все системы частотного регулирования скорости АД по сути формируют электромагнитный момент при регулировании скорости. При частотном управлении АД, в отличие от «частотно-токового» и «векторного» управления, при независимом задании частоты формируется закон управления напряжением, прикладываемым к статору АД. При этом используются в основном преобразователи частоты трех видов:

с промежуточным звеном постоянного тока и автономным инвертором тока или напряжения (ПЧ с АИ), непосредственные (НПЧ) и АИ с широтно-импульсной модуляцией (АИ с ШИМ).

Значение электромагнитного момента АД зависит от частоты и амплитуды питающего напряжения. Наличие двух независимых каналов управления позволяет реализовать различные законы управления системой ПЧ–АД. Это закон Костенко, оптимальный закон с компенсацией падения напряжения на статоре при постоянной нагрузке, закон постоянства магнитного потока, закон минимума потерь и т.д. Необходимо иметь представление о всех законах управления АД при частотном регулировании.

Необходимо знать особенности регулирования скорости АД при работе с различными преобразователями, сходство и отличие в реализации различных преобразователей, особенности их построения.

Студенты должны знать и уметь оценить параметры структурной схемы системы ПЧ–АД при компенсационном управлении с положительной обратной связью по скорости.

41.41 Регулирование скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором изменением числа пар полюсов

Этот способ регулирования скорости вытекает из формул:
n₀ = 60f / p
ω = 2πf / p

Для того чтобы регулировать скорость вращения в статор должна быть уложена обмотка специальной конструкции, состоящая в каждой фазе из двух полуобмоток. Путем пересоединения этих полуобмоток можно получить разное число пар полюсов. Обмотки можно переключать с простой звезды на двойную звезду.

При переключении со звезды на двойную звезду число пар полюсов изменяется кратно двум. Мощность двигателя равна: P=M•ω.

При регулировании скорости путем переключения со звезды на двойную звезду, момент остается постоянным, следовательно, при изменении скорости вращения в два раза, мощность также будет изменяться в два раза.

Механические характеристики при таком переключении обмотки имеют вид:

Регулирование скорости переключением со звезды на двойную звезду называется регулированием с постоянством момента.

Обмотку статора можно переключать с треугольника на двойную звезду.

При переключении с треугольника на двойную звезду число пар полюсов также меняется кратно двум. При этом регулирование производится с постоянством мощности, соответственно момент изменяется в два раза.

Двигатели с регулированием скорости изменением числа пар полюсов называются двухскоростными. Они были разработаны специально для электропривода металлорежущих станков, чтобы уменьшить габариты коробки скоростей. Для того чтобы еще больше расширить диапазон регулирования скоростей были разработаны трехскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. У этих двигателей в пазы статора укладываются две обмотки. Одна обмотка с постоянным числом пар полюсов и вторая обмотка такой конструкции, чтобы в ней изменять число пар полюсов путем переключения.

Еще одним недостатком этого регулирования скорости можно считать необходимость использования специальных электродвигателей, габариты которых будут намного больше, чем у односкоростных асинхронных двигателей.

Дата добавления: 2015-09-05