Электроприводы переменного тока

Принцип работы и характеристики асинхронной машины

Трехфазные асинхронные двигатели (АД) нашли самое широкое применение в электроприводах, благодаря простоте конструкции, надежности в эксплуатации, низким габаритным и стоимостным показателям. С развитием силовой полупроводниковой техники (тиристорных преобразователей частоты и напряжения) АД начали использоваться в регулируемых электроприводах.

На рис. 5.1 представлена схема включения трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором, а на рис. 5.2 показан принцип получения движущегося магнитного поля [2].

Пусть на статоре расположен виток (катушка) А– X(рис. 5.2, а, б), по которому протекает переменный ток iA = ImsincoJ, где со, = Ivf,. Магнитодвижущая сила (МДС) F„, созданная этим током, будет пульсировать по оси витка Fa = F„s co,l (рис. 5.2, в, горизонтальные штриховые стрелки). Если добавить виток (катушку) B–Y, расположенный под углом 90° к А-Х. и пропускать по нему ток /„ = I„cosco,t, то МДС F„ будет пульсировать по оси этого витка: FB = Fmcosco,t (вертикальные стрелки).

Вектор результирующей МДС будет иметь модуль: а его фаза (а) определится из условия: tga = FJFB = tgey, т. е. а = со,1.

Таким образом, вектор результирующей МДС при сдвиге двух витков в пространстве на л/2 и при сдвиге токов во времени на л/2, вращается с угловой скоростью со„ (рис. 5.2, г).

Рис. 5.1

В общем случае, в симметричной – полюсной /"-фазной машине при токах в обмотках, сдвинутых на угол , уравнение бегущей волны МДС имеет вид:

(5.1)

где г – полюсное деление, т. е. длина дуги, соответствующая одному полюсу: х – координата точки (длина дуги от оси обмотки), в которой определяется F; , D – внутренний диаметр статора; р„ – число пар полюсов.

Рис. 5.2

Координату х, в которой МДС максимальна, найдем, положив , откуда получим: , т. е.

Линейная скорость перемещения волны определится как:

угловая скорость

(5.2)

частота вращения поля составит:

(5.3)

Таким образом, результирующий магнитный поток в машине при принятых нами условиях вращается с угловой скоростью

На рис. 5.3 представлена схема замещения фазы асинхронного двигателя.

В схеме замещения намагничивающая цепь вынесена на выводы напряжения сети, при этом не учитывается падение напряжения на сопротивлении R, от намагничивающего тока /ц. Однако ошибка, вносимая этим допущением, не превышает 5 %.

Рис. 5.3

В схеме замещения приняты обозначения: – активное сопротивление фазы обмотки статора; – приведенное активное сопротивление фазы ротора, включая добавочное сопротивление резистора; – индуктивное сопротивление фазы статора; – приведенное индуктивное сопротивление фазы ротора; – индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания; – соответственно, индуктивное и активное сопротивления намагничивающего контура,

Скольжение асинхронного двигателя определяется

(5.4)

где – угловая скорость вращающегося магнитного поля (синхронная скорость); – частота питающего напряжения; угловая скорость вращения ротора АД.

Уравнения равновесия напряжений и ЭДС по схеме замещения могут быть записаны:

(5.5)

откуда уравнение электромеханической характеристики АД может быть представлено в виде

(5.6)

На рис. 5.4 представлены электромеханические характеристики АД как зависимости

Рис. 5.4

Проведем анализ характеристик.

  • 1. При – точка идеального холостого хода.
  • 2. При - точка короткого замыкания.
  • 3. При . – точка максимального тока ротора, лежащая в области отрицательных скольжений.
  • 4. При

Для построения механической характеристики АД рассмотрим баланс мощности в цепи ротора.

Потери мощности в цепи ротора

(5.7)

Где – электромагнитная мощность; – полезная механическая мощность на валу.

Так как потери в роторе зависят от S, их называют потерями скольжения. С другой стороны, , тогда , подставив , получим уравнение механической характеристики АД:

(5.8)

Исследовав уравнение на шах (найдя производную dM/dS и приравняв нулю), получим экстремумы функции, определяемые критическим моментом и скольжением:

"+" – относится к области скольжений ; "–" – к области скольжений

Разделив М на и преобразовав, получим уравнение механической характеристики АД в виде (уточненная формула Клосса):

(5.9)

Если пренебречь сопротивлением статора получим приближенное уравнение механической характеристики АД:

(5.10)

На рис. 5.5 представлена механическая характеристика АД в различных режимах работы.

Проведем анализ механической характеристики АД.

При – точка идеального холостого хода АД.

При , – точка короткого замыкания АД.

При , – точки экстремума (максимума М).

При – асимптота механической характеристики.

Рис. 5.5

Асинхронный двигатель может работать в следующих режимах:

  • 1. Холостой ход
  • 2. Короткое замыкание (пусковой режим)
  • 3. Двигательный режим
  • 4. Генераторный (рекуперативный) режим
  • 5. Генераторный (противовключсние) режим
  • 6. Генераторный (независимо от сети) режим, который называется режимом динамического торможения. В этом режиме обмотка статора АД отключается от сети трехфазного переменного тока и две фазы обмотки статора подключаются к источнику постоянного тока.

Если в (5.10) подставить значения М и S для номинального режима и обозначить кратность максимального момента , отражающую перегрузочную способность АД, то получим:

(5.11)

Данное выражение может использоваться для определения критического скольжения по каталожным данным АД [16].

Приведем порядок расчета механической характеристики АД по заданным каталожным данным:

1. Определяются угловые скорости поля статора <о„ и ротора в номинальном режиме

2. Определяется номинальный момент АД

3. Скольжение АД в номинальном режиме

4. Критический момент

5. Критическое скольжение

6. По выражению

определяются текущие значения момента М в диапазоне скольжений двигательного режима 0 < S< 1.

На рис. 5.6 построена механическая характеристика АД в двигательном режиме.

Рис. 5.6

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >