ЕЛЕКТРОПРИВОД З ДВИГУНАМИ ЗМІННОГО СТРУМУ

Асинхронний двигун

Асинхронні двигуни створені в Німеччині російським іелектротехніком Доливо-Добровольським М. О. в 1888-1889 роках. Набули найбільшого поширення в промисловості завдяки ряду істотних переваг в порівнянні з іншими двигунами. Асинхронний двигун простий і надійний в експлуатації, так як не має колектора, на його виготовлення потрібно менше кольорових металів, він має меншу масу, габарити і вартість в порівнянні з двигунами тієї ж потужності змінного або постійного струму, нарешті, він випускається серійно в широкому діапазоні потужностей.

Схема включення, електромеханічні і механічні характеристики асинхронних двигунів

Найбільш поширеними типами нерегульованих електроприводів є електроприводи з короткозамкненими асинхронними двигунами. Для нерегульованих електроприводів характерний пуск електродвигуна прямим включенням в мережу за допомогою контактної апаратури без проміжних перетворювачів електричної енергії.

Стандартна схема силових ланцюгів включення короткозамкнутого асинхронного двигуна за допомогою контактів пускача приведена на рис. 5.1.

Схема включення короткозамкнутого асинхронного двигуна з використанням контактного пускача

Мал. 5.1. Схема включення короткозамкнутого асинхронного двигуна з використанням контактного пускача

Для розрахунку характеристик асинхронного двигуна, як правило, користуються його математичною моделлю, яка в загальному випадку є різними схемами заміщення. Найбільш простий і зручною для інженерних розрахунків асинхронного двигуна є Т-подібна схема заміщення (див. Рис. 5.2).

На рис. 5.2 прийняті наступні позначення:

- фазна напруга обмотки статора;

- активний опір обмотки статора;

- індуктивний опір розсіювання обмотки статора;

- струм обмотки статора;

- ЕРС обмотки статора;

- активний опір обмотки ротора, приведений до обмотці статора;

- індуктивний опір розсіювання обмотки ротора, приведений до обмотці статора;

- струм обмотки ротора, приведений до обмотки статора;

- ковзання;

- синхронна кутова швидкість;

- кутова швидкість асинхронного двигуна;

- число пар полюсів;

- значення частоти напруги змінного струму, що підводиться до обмотки статора;

- ЕРС від головного магнітного потоку машини;

- ЕРС обмотки ротора, приведена до обмотці статора.

Схема заміщення асинхронного двигуна

Мал. 5.2. Схема заміщення асинхронного двигуна

Основні рівняння асинхронного двигуна, відповідні прийнятої схемою заміщення:

(5.1)

Векторна діаграма струмів, ЕРС і напруг, що задовольняє системі рівнянь (5.1), зображена на рис. 5.3.

Векторна діаграма асинхронного двигуна

Мал. 5.3. Векторна діаграма асинхронного двигуна

Струм ротора , приведений до обмотки статора асинхронного двигуна, визначається залежністю, одержуваної безпосередньо зі схеми заміщення асинхронного двигуна:

(5.2)

де - індуктивний опір короткого замикання.

Рівняння називається електромеханічної характеристикою асинхронного двигуна.

Для короткозамкнутого асинхронного двигуна становить інтерес інша електромеханічна характеристика , що відображає залежність струму статора від ковзання s. Струм статора визначається шляхом додавання вектора струму намагнічування і вектора струму ротора (рис. 5.3)

(5.3)

Вважаючи струм намагнічування асинхронного двигуна реактивним, ток статора через наведений струм ротора можна знайти за формулою [5]

(5.4)

де (5.5)

Основний вихідний координатою силового приводу є електромагнітний момент, значення якого для асинхронного двигуна може бути знайдено з рівняння втрат

(5.6)

де - число фаз статора.

Підставивши в (5.6) вираз струму з (5.2) і вирішивши отримане рівняння щодо моменту М, матимемо

(5.7)

Аналіз рівняння (5.7) показує, що механічна характеристика асинхронного двигуна має критичний момент і критичне ковзання, які знаходяться за умови Тоді критичний момент

(5.8)

критичне ковзання

(5.9)

Знак "+" означає, що критичний момент і ковзання відносяться до рухового режиму, знак "-" - до генераторного режиму рекуперативного гальмування.

Рівняння механічної характеристики асинхронного двигуна (5.7) можна перетворити до більш зручного для користування висловом - формулою Клосса:

(5.10)

де - коефіцієнт.

Двигуни середньої і великої потужності мають мале активний опір R 1, в цьому випадку коефіцієнтом а можна знехтувати, а вираз (1.9) перетворюється в спрощену формулу Клосса:

(5.11)

Переймаючись ковзанням s, можна по (5.10) і (5.2) побудувати, відповідно, механічні та електромеханічні характеристики асинхронного двигуна, які представлені на рис. 5.4.

Статичні характеристики асинхронного двигуна: а - механічна;  б - електромеханічна

Мал. 5.4. Статичні характеристики асинхронного двигуна: а - механічна; б - електромеханічна

При ковзаннях асинхронна машина працює в руховому режимі, при - в генераторному режимі паралельно з мережею (рекуперативного гальмування), при - в генераторному режимі послідовно з мережею або в режимі гальмування противовключением.

Механічні характеристики, наведені на рис 5.4, а, мають в руховому режимі три характерні точки:

  • 1) , при цьому швидкість двигуна дорівнює синхронної
  • 2) , що відповідає точці з критичним ковзанням і критичним моментом рухового режиму;
  • 3) , при цьому швидкість двигуна буде дорівнює нулю, а момент дорівнює пусковому

Електромеханічні характеристики, наведені на рис 5.4, б, мають дві характерні точки в руховому режимі:

  • 1) при цьому скороегь двигуна дорівнює синхронної
  • 2) , при цьому швидкість двигуна буде дорівнює нулю, а струм ротора - току короткого замикання ( ).

Механічні і електромеханічні характеристики асинхронного двигуна не збігаються, навіть побудовані в безрозмірних одиницях.

Розрізняють природну і штучні механічні характеристики асинхронного двигуна.

Під природною механічною характеристикою асинхронного двигуна будемо розуміти залежність моменту двигуна М від його ковзання 5 при номінальній схемою включення двигуна, номінальних параметрах мережі живлення ( ) і відсутності додаткових опорів в ланцюгах двигуна. Всі інші характеристики називаються штучними. За допомогою штучних характеристик асинхронного двигуна регулюють його швидкість відповідно до вимог технологічного процесу.

Як випливає з рівняння механічної характеристики асинхронного двигуна (5.7), регулювати його швидкість можна, змінюючи один або кілька параметрів:

- фазна напруга обмоток статора двигуна;

- додатковий активний опір статора;

- додатковий індуктивний опір статора;

- додатковий активний опір ротора, приведений до обмотці статора;

- додатковий індуктивний опір ротора, приведений до обмотці статора;

- синхронну кутову швидкість зміною числа пар полюсів або частоти напруги змінного струму, що підводиться до обмотки статора.

З усього різноманіття штучних механічних характеристик асинхронного двигуна практичний інтерес в даний час можуть представляти тільки такі способи регулювання:

  • • регулювання швидкості зміною додаткового активного опору в ланцюзі обмотки ротора асинхронного двигуна з фазним ротором;
  • • регулювання швидкості зміною фазної напруги коротко- замкнутого асинхронного двигуна;
  • • частотне регулювання швидкості короткозамкнутого асинхронного двигуна.

Статичні механічні та електромеханічні характеристики асинхронних двигунів сприятливі для пусків двигунів прямим включенням в мережу. Оскільки пуск двигуна відбувається досить швидко, то короткочасне перевантаження по струму навіть в 6-8 разів нс небезпечна для нього ні з точки зору великих ударних динамічних моментів, ні з точки зору великих пускових струмів, які багато менше пускових струмів природної характеристики двигунів постійного струму незалежного збудження тієї ж потужності. Обмеження на прямий пуск асинхронних двигунів накладаються не самим двигуном, а мережею живлення.

Якщо мережа має обмежену потужність або великий внутрішній опір, то пускові струми двигуна будуть викликати в цій мережі великі падіння напруги. Природно, що це позначиться на режимах роботи інших споживачів енергії. За правилами Ростехнагляду безпосередньо можна запускати асинхронні двигуни, якщо їх потужність

(5.12)

де - потужність живильного трансформатора підстанції в тому випадку, якщо від мережі не харчується освітлювальна апаратура.

При харчуванні освітлювальної апаратури від загальної мережі асинхронний двигун можна пускати прямим включенням в мережу, коли

(5.13)

Якщо умови (5.12) і (5.13) не виконуються, то способи струмообмеження випливають з рівняння струму короткого замикання асинхронного двигуна.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >