ИСКУССТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Реостатные характеристики.

Реостатный способ пуска заключается во введении резисторов для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (АДсКЗ) в цепь статора, а для асинхронных двигателей с фазным ротором — в цепь ротора. Это хорошо видно из схем, представленных на рисунке 2.26.

Общий вид механических характеристик асинхронного двигателя при изменении сопротивлений в цепи статора и ротора показан на рисунке 2.27. При введении резисторов в цепь статора снижаются критический момент и критическое скольжение двигателя, поскольку эти параметры зависят от сопротивления цепи статора. При включении резисторов в цепь ротора согласно уравнению (2.48) критическое скольжение двигателя увеличивается, а критический момент Мк двигателя по формуле (2.49) не изменяется, поскольку не зависит от сопротивления цепи ротора. Синхронная частота вращения также остается без изменения.

Рис. 2.26. Схема включения резисторов в цепь статора (а) и ротора (б) АД с фазным ротором

Механические характеристики АД при изменении сопротивлений в цепи статора (а) и ротора (6)

Рис. 2.27. Механические характеристики АД при изменении сопротивлений в цепи статора (а) и ротора (6):

^2Д2 > Т?2Д 1

Пример 2.9. Для двигателя 4MTF(H)160L6 определите добавочное сопротивление в цепи ротора, чтобы при номинальном моменте Л/н скорость двигателя составляла 0,5 синхронной скорости двигателя, а также потери мощности в добавочных сопротивлениях. Приведите принципиальную электрическую схему и механические характеристики.

Дано.

Тип двигателя 4MTF(H)160L6

Номинальная мощность, кВт 11

Cos

Сопротивление фазы (/?j) при 20 *С, Ом 0,35

Индуктивное сопротивление статора, Ом 0,59

Сопротивление ротора приведенное. Ом 0,31

Индуктивное сопротивление ротора приведенное, Ом 1,01

Напряжение ротора, В 179

Номинальный ток ротора, А 41

Максимальный момент, Н • м 325

Масса, кг 165

Число полюсов 6

Момент инерции кг • м2 0,23

Продолжительность включения, % 40

Номинальная частота вращения, мин-1 910

Ток холостого хода (х.х.), А 23,5

Номинальный ток статора, А 32

Решение.

Номинальный момент

Номинальное скольжение

Критическое скольжение

Перерасчет сопротивления фазы на рабочую температуру 115 *С (температура окружающей среды в = 20 *С):

В результате

Добавочное сопротивление в цепи ротора, приведенное к обмотке статора,

Статический перепад скорости

Потери мощности в добавочных сопротивлениях

Принципиальная электрическая схема введения А^об в цепь ротора и механические характеристики (ЕМХ —естественная, И MX — искусственная) при введении в цепь ротора добавочного сопротивления

Напряжение питания. Снижение напряжения питания связано со значительным уменьшением критического момента Mm-MnWUuP при сохранении постоянным критического скольжения (рис. 2.28).

Механические характеристики АД при снижении напряжения сети

Рис. 2.28. Механические характеристики АД при снижении напряжения сети

Пример 2.10. Определите критический момент двигателя 4MTF(H)160L6 при понижении напряжения источника питания на 10%. Постройте механические характеристики.

Решение. Синхронная угловая скорость поля статора не меняется:

критическое скольжение остается неизменным:

Критический момент зависит от напряжения, поэтому с уменьшением напряжения он также снижается.

Тогда AfCH =MKCLff.

При изменении питающего напряжения на 10%, то есть при напряжении ц =0,9, получим критический момент асинхронного двигателя

Механические характеристики при понижении напряжения источника питания на 10%

Число пар полюсов. Для изменения числа пар полюсов необходимо, чтобы в статоре были уложены либо независимые обмотки возбуждения с различным значением числа пар полюсов (лифтовые двигатели), либо при одной обмотке статора имелась возможность изменения ее схемы соединений. В этом случае обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Принцип изменения числа пар полюсов можно проследить по схеме включения секций одной фазы обмотки статора, приведенной на рисунке 2.29, путем

Схемы соединений полуобмоток АД при изменения числа пар полюсов

Рис. 2.29. Схемы соединений полуобмоток АД при изменения числа пар полюсов:

а — последовательное соединение (2р — 4, р - 2); б— встречно-параллельное соединение

(2р-2;р-1)

Схема соединений обмоток статора двухскоростного асинхронного двигателя

Рис. 2.30. Схема соединений обмоток статора двухскоростного асинхронного двигателя:

а — «звезда — двойная звезда»; б— «треугольник — двойная звезда»

перехода от последовательного (рис. 2.29, а) к встречно-параллельному соединению (рис. 2.29, б).

Он заключается в изменении направления тока в одной из по- луобмоток. Число пар полюсов при этом изменяется в два раза.

При переключении обмоток каждой фазы с последовательного соединения на параллельное число пар полюсов уменьшается вдвое, а синхронная угловая скорость возрастает. Критический момент двигателя при различных числах полюсов зависит от конструктивного исполнения обмоток. Применяют ступенчатое регулирование частоты вращения.

На практике наибольшее распространение получили схемы переключения числа пар полюсов со «звезды» на «двойную звезду» (рис. 2.30, а) или с «треугольника» на «двойную звезду» (рис. 2.30, б).

Потребляемая мощность:

при соединении в «звезду» (Y) определяется по формуле при соединении в «двойную звезду» (YY)

Поскольку cos фу = cos фуу, то допустимый момент двигателя для обеих схем соединений обмоток остается неизменным:

Поскольку Wjyy = 2(Й1У, то получим Му - Муу. Потребляемая мощность:

при соединении обмотки в «треугольник» (Д) (рис. 2.30, 6)

при соединении обмотки в «двойную звезду»

Из сравнения выражений (2.55) и (2.55, а) следует, что при переходе на меньшее число пар полюсов мощность, развиваемая двигателем, меняется лишь на 15 %, то есть незначительно. Зато допустимый момент двигателя уменьшается примерно в два раза по сравнению с большим числом пар полюсов:

Частота напряжения. При регулировании частоты питающего напряжения меняются: синхронная угловая скорость со,; критический момент Л/к, поскольку изменение частоты влияет на реактивное сопротивление машины Хк; критическое скольжение sK, связанное с параметром Хкз.

Реактивное сопротивление короткого замыкания

где — индуктивность обмоток двигателя, Гн.

Поскольку Л] « хк з, то в уравнении критического скольжения s«=R2/y]*? + XL сопротивлением R можно пренебречь, тогда

sK =/?/(2рпс.з). Из соотношения критических скольжений для двух различных частот получим

откуда

где/] — частота, отличная от номинальной.

Из данного уравнения видно, что критическое скольжение асинхронного двигателя обратно пропорционально частоте сети. Критический момент при частоте/ь отличной от номинальной, равен

При уменьшении частоты f 1н снижается угловая скорость СО], а магнитный поток Ф увеличивается. Это приводит к глубокому насыщению магнитной цепи и увеличению намагничивающего тока /ц, что вызывает снижение энергетических показателей двигателя (coscp, ц). Для того чтобы поток Ф оставался постоянным, необходимо при изменении частоты / также изменять напряжение с учетом вида механической характеристики исполнительного органа рабочей машины.

Закон частотного регулирования. Основоположник частотного регулирования асинхронных электродвигателей академик М. П. Костенко установил соотношение между напряжением (Jh частотой тока f источника питания и видом механической характеристики рабочей машины Л/с =/(со) при следующих допущениях:

падение напряжения в активных сопротивлениях статора пренебрежимо мало;

магнитная цепь машины не насыщена;

индуктивность обмоток двигателя постоянна.

В основу закона Костенко положено сохранение постоянства коэффициента перегрузочной способности при регулировании напряжения и частоты. В относительных единицах этот закон принимает вид:

где q — степень, выражающая изменение момента сопротивления от скорости.

Например, при постоянном статическом моменте <7 = 0 (подъемник) следует соблюдать равенство U/f, = const, при гиперболической механической характеристике q-— 1 (металлорежущие станки) — равенство U/y[f = const. На рисунке 2.31 приведены механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании частоты преобразователя для указанных исполнительных органов рабочих машин.

Таким образом, закон частотного регулирования Костенко показывает, что оптимальный характер изменения напряжения при регулировании скорости изменением частоты определяется видом механической характеристики рабочей машины. В конечном итоге удается: во-первых, сохранять постоянным запас статической устойчивости в принятом диапазоне регулирования; во-вторых, при снижении нагрузки с уменьшением частоты f уменьшить магнитный поток двигателя, так как момент двигателя пропорционален квадрату магнитного потока в воздушном зазоре. Это по-

Механические характеристики АД при различных законах частотного регулирования

Рис. 2.31. Механические характеристики АД при различных законах частотного регулирования:

а — при Ui/J1 = const; 6— U/Jf = const

зволяет при неизменном запасе устойчивости по перегрузочной способности снизить потери в стали двигателя и повысить экономические показатели электропривода.

Пример 2.11. Определите скорость двигателя 4MTF(H)160L6 при частоте источника питания 40 Гц, если Мс = Мн и Urff = const. Постройте механические характеристики.

Решение

Так как изменение частоты менее 30 % от номинальной, то можно принять

К.п = Нерабочие участки ЕМХ и ИМХ будут параллельны и статические перепады одинаковые:

где / — частота тока статора в относительных единицах.

Механические характеристики (ИМХ при частоте источника питания 40 Гц и законе регулирования напряжения UJf = const приведены далее.

Увеличение частоты источника питания выше номинальной (50 Гц) происходит при номинальном напряжении U|Н, что приводит к уменьшению магнитного потока и электромагнитного момента, поэтому следует в этом случае снижать нагрузку во избежание «опрокидывания» двигателя.

Пример 2.12. Определите критический момент и синхронную угловую скорость двигателя 4MTF(H)160L6 при увеличении частоты тока в обмотке статора в 2 раза и сохранении номинального напряжения. Приведите механические характеристики.

Решение.

При повышении частоты питающей сети сопротивлением фазы R{ можно пренебречь, так как R « ^ тогда

Статический перепад скорости Agv„ то есть До и = Aci>k с = 19,46 рад/с;

Механические характеристики при увеличении /1 в 2 раза и l/j = UH

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >