книги / Основы электропривода

Принцип широтно-импульсного регулирования напряже­ ния поясняет рис. 5.9. Среднее значение регулируемого напря­ жения

(5.7)

где у - скважность импульсов, У = —

Рис. 5.9. Принцип широтно-импульсного регулирования напряжения

Если время включенного состояния велико и составляет tB=0,95TK, то среднее значение напряжения считают макси­

мальным:

где Un - напряжение выпрямителя.

Если tBменьше, то среднее значение напряжения уменьша­ ется в соответствии с формулой. Таким образом, на двигатель подается регулируемое напряжение.

Величина Un зависит от схемы выпрямителя и при значи­ тельной емкости С фильтра может приближаться к линейному напряжению, подаваемому на выпрямитель.

Ток, протекающий в якоре, из-за значительной индуктив­ ности в якорной цепи является непрерывным, но имеет некото­ рые пульсации (рис. 5.10).

мощности, так как для неуправляемого выпрямителя cos ср по первой гармонике близок к единице.

В реверсивных приводах с ШИР используется мостовая схема включения силовых транзисторов (рис. 5 .12 ).

Рис. 5.12. Схема реверсивного электропривода ТП-Д с ШИР

Для протекания тока в одном направлении используются транзисторы Т ь Т3, а для протекания в обратном направлении - транзисторы Т2, Т4. Для обеспечения непрерывности тока ис­ пользуются диоды Д ,-Д 4. Широтно-импульсное регулирование напряжения в реверсивных схемах может осуществляться двумя способами:

-аналогично нереверсивной схеме;

-применением двухполярной коммутации за время каждо­ го периода заданной частоты.

Принцип регулирования напряжения в реверсивных приво­ дах с ШИР при двухполярной коммутации показан на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Эпюры напряжений при ШИР с двухполярной

коммутацией

В течение времени /в включаются транзисторы Т|, Т3, а в течение времени (Тк - /в) - транзисторы Т2, Т4. Величина среднего напряжения С/ср определяется по выражению

двигатель: при tB> 0,5 Тк напряжение Uc? > 0; при /в = 0,5 Тк н а -_ пряясение £/ср = 0; а при tb< 0,5 Ткнапряжение t/cp < 0.

Механические характеристики реверсивного электропри­ вода ТП -Д с ШИР приведены на рис. 5.14. Искусственные ха­ рактеристики параллельны естественной характеристике, не ме­ няют жесткость и располагаются в I и III квадрантах поля со-М.

Рис. 5.14. Механические характеристики реверсив­ ного электропривода ТП -Д с ШИР

В реверсивных электроприводах постоянного тока с ШИР ввиду односторонней проводимости выпрямителя режим реку­ перативного торможения также невозможен.

Динамическое тормоясение осуществляется при скважности у = 0 и среднем напряжении Ucp = 0 через транзистор Т5 и рези­ стор R. Характеристика при динамическом торможении прохо­ дит через начало координат.

Тормоясение противовключением используется в приво­ дах небольшой мощности с ограничением тока якоря. Этому ви­ ду тормоясения соответствует заштрихованная область во II и IV квадрантах поля со-М.

Глава 6 ЭЛЕКТРОПРИВОД

НА БАЗЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Асинхронный электропривод является самым массовым повсеместно применяемым видом привода. Это объясняется тем, что асинхронные двигатели (АД) просты в изготовлении и эксплуатации, имеют высокие технико-экономические показа­ тели и надежны в работе. Отечественной промышленностью АД выпускаются в виде серий разных модификаций и конструктив­ ного исполнения: общепромышленная серия 4А мощностью 0,06-400 кВт; серии 5А, 6 А и 7А с повышенным содержанием стали и меди; серия АН-2 мощностью до 2000 кВт; серия АВ мощностью до 8000 кВт; серия ДАЗО мощностью до 1250 кВт. Для крановых механизмов выпускаются АД серии MTF с фаз­ ным ротором и MTK.F с короткозамкнутым ротором. Двигатели серии АИ мощностью от 0,75 до 160 кВт имеют унифицирован­ ные по международным стандартам параметры. АД серии В и ВР предназначены для работы во взрывоопасных и пожаро­ опасных средах.

Основной областью применения АД до недавнего времени был нерегулируемый электропривод. В настоящее время в связи с разработкой и внедрением тиристорных преобразователей на­ пряжения и частоты все большее применение находит регули­ руемый асинхронный привод, не уступающий по качеству регу­ лирования электроприводу постоянного тока.

6.1.Электромеханические

имеханические характеристики АД

Схемы включения трехфазного АД приведены на рис. 6.1. Статор АД подключается к сети трехфазного переменного тока. В зависимости от конструктивного исполнения ротора различа­ ют АД с фазным и короткозамкнутым ротором. Конструкция фазного ротора позволяет включать в его цепь различные эле­ менты, например, резисторы, с помощью которых можно регу­ лировать скорость вращения двигателя, ограничивать пусковые токи и моменты.

Рис. 6.1. Схемы включения асинхронного двигателя: / - с фазным ротором; 2 - с корот­ козамкнутым ротором

Для получения выражений электромеханической и механи­ ческой характеристик АД используется Г-образная схема заме­

и приведенный ток ротора; U\ - фазное напряжение сети.

Электромеханическая характеристика АД представляет за­ висимость тока ротора от скольжения и непосредственно получа­ ется из схемы замещения

ного значения тока ротора, лежащая в области отрицательных скольжений;

U,

- асимптотическое значение тока ро­

тора при S -» ±00 .

Механическая характеристика АД - это зависимость мо­ мента от скольжения. Ее получают из потерь в роторе, которые определяют как разность электромагнитной и механической мощностей двигателя:

АР2 = Ръ- Рг - М ( с о 0 - с о ) .

Откуда электромагнитный момент АД

2со0 ( R , ± j R f + X l )

знак плюс соответствует двигательному режиму, а знак минус - генераторному режиму.

Механическая характеристика АД показана на рис. 6.4. Ха­ рактерные точки этой характеристики:

s = 0, со = со0, М = 0 - точ­ ка идеального холостого хода; s - 1 , о = 0, М - Мк з -

точка короткого замыкания, характеризует режим пуска;

s = sK М = Мкя ~ точка экстремума в режиме работы двигателя;

s = -sKy М = Мк.г - точка экстремума в режиме работы генератора;

Рис. 6.4. Механическая характери­

М = 0 - асимптотическое

стика АД

значение момента при s -> ±оо .

6.2. Упрощенные выражения механической характеристики

Часто пренебрегают величиной активного сопротивления в цепи статора R\, тогда получают упрощенные формулы меха­ нической характеристики АД. Одной из них является формула Клосса

скольжение, s„ =-Ах„

Значения Мк и sKможно рассчитать по паспортным данным двигателя, к которым относятся номинальная мощность Р но­

минальная скорость вращения и„ и перегрузочная способность

х=мк/мн.

Расчет ведется в следующей последовательности:

н о

ная угловая скорость;

-критический момент М к = ХМН;

-критическое скольжение sK= sH^7, + 'Jx2- 1 j .

Изменяя величину скольжения в диапазоне s = 0...1 с ша­ гом, например, As = 0,1 , можно построить механическую харак­ теристику АД.

При малых скольжениях в формуле Клосса можно пренеб­ речь величиной s/sK тогда момент АД пропорционален сколь­ жению:

sК

Этим выражением можно описать рабочий участок харак­ теристики, который включает в себя точку номинального ре-^ жима (рис. 6.5).

АД может работать во всех квадрантах поля со-М. Режимы работы АД определяются вели­ чиной и знаком скольжения.

Двигательный реэ/сим яв­

бочем участке

зоне 0 < s < 1. Характерные точ­ ки этого режима:

s = 0, со = со0, М = 0 - точка идеального холостого хода;

s = 1 , со = О, М = Мк.3- точка короткого замыкания, характе­ ризует режим пуска.

Генераторный рекуперативный режим с отдачей энергии в сеть, при котором скольжение s < 0, а угловая скорость рото­ ра со > со0.

Режим торможения противовключением, при котором магнитное поле статора вращается в одном направлении, а ротор вращается в другом.

Режим динамического торможения, при котором обмотка статора АД отключается от сети переменного тока и подключа­ ется к источнику постоянного тока, а обмотка ротора замыкает­ ся накоротко или на добавочное сопротивление.

6.3. Регулирование координат АД с помощью резисторов

Этот способ регулирования называется реостатным и осу­ ществляется путем введения добавочных резисторов в цепь ста­ тора или в цепь ротора.

Включение добавочных резисторов в цепь статора приме­ няется в основном для АД с короткозамкнутым ротором.

На рис. 6.6 представлены характеристики АД при разных добавочных резисторах, включенных в цепь статора. Все харак­