книги / Электропривод, электрооборудование и основы управления

З А Д А Н И Е 6 .2 . Р а с ч е т с о п р о т и в л е н и й п у с к о в ы х р е з и с т о р о в д л я а с и н х р о н н о г о

= /п « * м у - 0 ,1 4 4 • 4 5 = 6 ,4 7 О м . С р а в н и в а я р е з у л ь т а т ы а н а л и т и ч е с к о г о и г р а ф и ­ ч е ск о го м е то д о в (п у н к т ы 3 и 6 ) , у б е ж д а е м с я , ч т о о н и д о с т а т о ч н о б л и з к и .

5. Д л я г р а ф и ч е с к о г о р а с ч е т а э т о г о р е з и с т о р а с т р о и м м е х а н и ч е с к у ю х а р а к т е ­ р и ст и к у р е к у п е р а т и в н о г о т о р м о ж е н и я п о з а д а н н ы м у с л о в и я м . О т л о ж и м т о ч к у т' с

6 . Н а х о д и м т о ч к у ф н а п е р е с е ч е н и и эт о й м е х а н и ч е с к о й х а р а к т е р и с т и к и с в е р ­

т и к а л ь ю н о м и н а л ь н о г о р е ж и м а и о п р е д е л я е м с о п р о т и в л е н и е т о р м о з н о й се к ц и и = т * • рф = 0 ,1 4 4 • 15,5 = 2 ,2 3 О м .

С р а в н и в а я р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а (п у н к т ы .4 и 6 ) , у б е ж д а е м с я , ч т о о н и д о с т а т о ч н о б л и зк и .

З А Д А Н И Е 6 .3 . Р а с ч е т с о п р о т и в л е н и й т о р м о з н ы х р е з и с т о р о в д л я а с и н х р о н н о г о д в и г а т е л я .

Д л я д в и г а т е л я и з з а д а н и я 6 .2 р а с с ч и т а т ь с о п р о т и в л е н и е т о р м о з н о г о р е з и с т о р а :

растает угол 0 — угол между векторами напряжения сети U c и ЭДС обмотки статора Е0 (рис. 6.6, б ). Из векторной диаграммы можно

112

равен нулю. С увеличением нагрузки момент возрастает и достигает критического максимального значения при 0= 90° (кривая i), который двигатель в состоянии создать при заданном сетевом на­

поэтому !перегрузочная способность двигателя М шкс/М Нм= 1 , 5 3 . Большее значение относится к двигателям с неявно выраженными полюсами на роторе, а меньшее — с явно выраженными. Во втором

Особые сложности возникают в синхронном двигателе при пус­ ке. При включении статора в сеть поле начинает быстро вра­ щаться, а ротор вследствие большой инерции не успевает вслед за полем. На него будет действовать момент переменного на­ правления, что вызывает вибрацию ротора, но не его вращение..

Современные синхронные двигатели имеют пусковую обмотку, представляющую собой часть беличьего колеса и закладываемую в пазы полюсных наконечников ротора. Пуск происходит при об­ мотке возбуждения ротора, замкнутой на резистор. Когда двига­ тель разгонится под действием асинхронного момента, возника­ ющего в пусковой обмотке, включают ток возбуждения. Появляется электромагнитный вращающий момент. Ротор делает рывок в ско­ рости и втягивается в синхронизм. При равномерном вращении

113

торе пропорционально растут угловая скорость поля и соответствен­

ционально изменять и величину напряжения, подаваемого на статор. Регулировать частоту напряжения, подаваемого на статор, можно с помощью синхронных, асинхронных или тиристорных преобразова­

телей частоты.

Р и с . 7 .1 . С т р у к т у р н а я с х е м а си н х р о н н о го п р е о б р а з о в а т е л я ч а с т о т ы

Структурная схема с синхронным генератором (рис. 7.1). Ско­ рость асинхронного двигателя МЛ1 можно регулировать путем изме­ нения частоты ЭДС, вырабатываемой синхронным генератором GC. Это достигается изменением угловой скорости его ротора с по­ мощью двигателя постоянного тока МП. Генератор постоянно­ го тока G/7 питает этот двигатель и позволяет получить достоточно широкий диапазон регулирования его скорости путем изменений напряжения на якоре и потока возбуждения двигателя по системе Г—Д (см. рис. 5.7). Генератор постоянного тока приводится в движение от асинхронного двигателя Л/Л2, включенного в промыш­ ленную сеть. Таким образом, для регулирования скорости механиз­ ма требуется агрегат, состоящий из пяти машин.

Частотное управление целесообразно, если необходимо из­ менять угловую скорость сразу у нескольких механизмов. Рас­ смотренная схема громоздка, КПД ее невелик, так как опреде­ ляется произведением КПД всех машин, входящих в агрегат. Регулирование скорости возможно как вверх, так и вниз от ос­

сель Ьф и конденсатор С0 образуют фильтр, сглаживающий пульса­ ции выпрямленного тока.

С помощью тиристоров 77—Тб выпрямленное напряжение ин­ вертируется, т. е. преобразуется в переменное. Открываются ти­ ристоры поочередно (см. рис. 3.11). Форма напряжения на выходе инвертора получается не синусоидальной, а прямоугольной. Это значит, что и напряжение, и ток содержат высшие гармоники. Шесть конденсаторов С способствуют запиранию тиристоров, а шесть вентилей В не позволяют разряжаться им через нагрузку.

115

Р и с . 7 .2 . Т и р и с т о р н ы й п р е о б р а з о в а т е л ь ч а с т о т ы

Вентили В2 образуют обратный мост, пропускающий реактивный

от специального блока управления, получим изменение частоты тока в статоре. От того же блока подаются сигналы на тиристоры вы­ прямителя В, обеспечивая одновременное изменение и частоты, и напряжения. Недостатки этой схемы — явно выраженная несинусоидальность токов и невозможность рекуперации энергии в сеть из-за односторонней проводимости выпрямителя В.

Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном управлении показаны на рис. 7.2, б.

§ 7.2. Регулирование угловой скорости изменением напряжения на статоре

В соответствии с (6.15) и (6.16) при увеличении напряже ния на статоре растет максимальный момент, а критическое

ся, что скорость ротора с увеличением напряжения растет, но незначительно. Для увеличения диапазона регулирования в цепь ротора включают резисторы, позволяющие снизить критическую скорость и сделать характеристики более мягкими (рис. 7.3,6).

Регулирование скорости возможно только вниз от основной, так как увеличение напряжения выше номинального приводит к насыщению магнитной системы и возрастанию намагничивающих то­ ков. Недостатком этого способа является снижение максимального и пускового моментов при уменьшении напряжения.

116

а)

вать регулировочный автотрансформатор, дроссели насыщения, тиристорные преобразователи и др.

Схема с автотрансформатором (рис. 7.4, а) дает возможность плавно и экономично регулировать скорость двигателя.

Дроссели насыщения (рис. 7.4, б) включаются в каждую фазу. С увеличением тока управления /упр уменьшается индуктивное со­ противление дср.о рабочей обмотки РО дросселя и падение напряжения на ней, а напряжение на статоре и скорость ротора возрастают. Как и в предыдущем способе, здесь при уменьшении напряжения снижается максимальный момент и, следовательно, несколько сни­ жается критическая скорость.

Схема трехфазного тиристорного регулирования напряжения на встречно-параллельных элементах (рис. 7.4, в). С помощью блока управления БУ можно изменять угол открывания тиристоров и тем самым регулировать напряжение на статоре. При запирании всех тиристоров двигатель отключается от сети. Если изменять последовательность включения тиристоров, то изменяется чередова­

117

ние фаз статора, а следовательно, и направление вращения ротора. Схема с несимметричным напряжением (рис. 7.4, г) . Если вклю­ чить в одну из фаз резистор, реактор или автотрансформатор, то получим несимметричное напряжение на статоре. Изменяя коэф­ фициент трансформации, получим различную эллиптичность вращаю­ щегося поля статора. Как известно, эллиптическое поле можно представить в виде суммы двух круговых полей: прямого и обратного. Каждое из них создает в роторе свой электромагнитный момент: вращающий М, и тормозной М2. Результирующий момент Мрез= М 1—М2 будет переменным, что приведет к соответствующему

изменению скорости.

iap

С увеличением числа пар полюсов угловая скорость поля уменьшается, следовательно, снижается и скорость ротора [см. (6.1), (6.2)]. Специально выпускают двухскоростные двигатели, обмотки статора которых состоят из отдельных частей. Их можно пере-

При двойной звезде скорость поля всегда в два раза больше, чем при звезде или треугольнике. Однако эти переключения неравно­ значны. Дело в том, что максимально допустимый момент при дли­ тельной работе определяется максимально допустимым фазным током по условиям нагрева обмоток [см. (6.14)] и зависит от по­ тока статора, пропорционального квадрату фазного напряжения. От тех же величин зависит и длительно допустимая мощность.

Если переключать обмотки со звезды на двойную звезду, то фазное напряжение не изменится, а при переходе с треугольника на двойную звезду оно уменьшается в УУ раз. Но при двойной звезде ток в каждой фазе можно допустить в два раза больший,

де со звезды на двойную звезду скорость и мощность увеличива­ ются в два раза, следовательно, критический момент остается постоянным (М = Р /о)= const). Если переключать с треугольника

118

на двойную звезду, то фазное напряжение уменьшается в VT раз. Тогда даже при двойном фазном токе мощность увеличится только в 2/л/3~= 1,18 раза и ее можно считать неизменной. В этом случае при увеличении угловой скорости в два раза мощность почти не изменяется, а момент уменьшается приблизительно в два раза. Таким образом, целесообразно применять для привода подъемных устройств двигатели, обмотки которых соединены в звезду, а для привода станков двигатели, статорные обмотки которых соединены в треугольник (см. § 5.1).

Бывают двигатели с двумя обмотками на статоре, изолирован­ ными друг от друга, причем одна из них без переключения, а вто­ рая с переключением полюсов. Тогда получаются трехскорост­ ные двигатели. Если же обе обмотки имеют переключение полю­ сов, то двигатели получаются четырехскоростными. В некоторых

на двойную звезду. В случае быстрого перехода с большей ско­ рости на меньшую двигатель некоторое время работает в тормоз­ ном режиме. Действительно, если скорость поля уменьшить, то в первый момент ротор продолжает вращаться с прежней скоро­ стью. Двигатель мгновенно переходит с одной характеристики на другую, т. е. из точки 1 в точку 2 (рис. 7.6, а). Затем следует рекуперативное торможение (точки 2, 3, 4), в точке 5 он начинает работать в установившемся режиме. Если же переключать с мень­ шей скорости на большую, то двигатель мгновенно переходит из

ческую угловую скорость, а максимальный момент при этом не изме­

119

няется (рис. л7, б). Это дает возможность уменьшать угловую скорость ротора.

Процесс регулирования скорости происходит следующим обра­ зом. При увеличении сопротивления цепи ротора R 2 уменьшается ток ротора /2, что приводит к снижению вращающего момента М, который становится меньше момента сопротивления, а динамический момент — соответственно меньше нуля. Начинается замедление, скольжение s растет, ЭДС Е2 в обмотке ротора увеличивается, ток ротора 12 и вращающий момент возрастают. Когда вращающий и статический моменты сопротивления становятся равными, замедле­ ние прекращается и наступает установившийся режим, но с меньшей угловой скопостью.

но пропорционально увеличивается энергия скольжения, т. е. тепло­ вая энергия, идущая на нагрев резистЬров и ротора. Процессы, происходящие при регулировании скорости, можно записать в виде логической цепочки (рис. 7.7, в) . Здесь стрелки вверх и вниз указывают на увеличение или уменьшение величин, стоящих в квад­ рате. В промежутке между квадратами указаны формулы, до­ казывающие эти изменения.

Регулирование скорости таким способом неэкономично, поте­ ри энергии пропорциональны скольжению. Плавность зависит от числа ступеней реостата, что усложняет цепь управления, увели­ чивает ее стоимость, снижает надежность. Стабильность скорости при изменении нагрузки уменьшается, диапазон регулирования невелик. Регулирование скорости возможно только вниз от ос­

перечисленные недостатки, этот способ широко распространен, так как весьма прост и надежен.

120