3. 6 Регулирование частоты вращения
АД наиболее просты в изготовлении и наиболее дешевые, поэтому применение их в регулируемых ЭП очень перспективно. Очевидно, из уравнений для характерных точек механической характеристики:
возможно изменить следующие параметры: частоту тока питающей сети (преобразователя) f 1 ; напряжение, подаваемое на статор U 1 ; активное и индуктивное сопротивления статорной цепи путем включения дополнительных резисторов и индуктивностей R 1доп, x 1доп ; активное и индуктивное сопротивления роторной цепи путем включения дополнительных резисторов и индуктивностей.
(Нарисовать механические характеристики при введении в цепь ротора дополнительного активного сопротивления R 2доб = nr 2, где n – в соответствии с вариантом)
Добавочное сопротивление R 2доб в цепи ротора вызывает увеличение критического скольжения
Добавочное активное сопротивление, вводимое в цепь ротора, изменяя критическое скольжение, не влияет на величину критического момента и частоту вращения идеального холостого хода
(Нарисовать механические характеристики при введении в цепь статора дополнительного активного сопротивления R 1доб = mr 1, где m – в соответствии с вариантом)
При этом способе регулирования частоты вращения уменьшается при увеличении ; – уменьшается при увеличении .
Данный способ применяется главным образом для ограничения пусковых токов крупных асинхронных двигателей, чтобы исключить опасность возникновения недопустимого для питающей сети падения напряжения.
(Нарисовать механические характеристики при введении в цепь ротора добавочного индуктивного сопротивления Х 2доб = b х 2, где b – в соответствии с вариантом)
Включение индуктивных сопротивлений в цепь ротора используют для обеспечения плавного разгона привода при малом числе пусковых ступеней.
(Нарисовать механические характеристики при введении в цепь статора добавочного индуктивного сопротивления Х 1доб = h х 1, где h – в соответствии с вариантом)
(Нарисовать механические характеристики при изменении напряжения статора U = aU 1, где a – в соответствии с вариантом)
При искусственные характеристики мало пригодны для целей регулирования частоты вращения, так как по мере уменьшения напряжения резко снижается критический момент асинхронного двигателя и тем самым его перегрузочная способность
В качестве преобразователя напряжения могут быть использованы различные электромеханические устройства – автотрансформаторы, магнитные усилители, тиристорные регуляторы напряжения (ТРН). Последние преобразователи получили в настоящее время наибольшее распространение из-за высокого КПД, простоты в обслуживании, легкости автоматизации электропривода и серийно выпускаются промышленностью.
(Нарисовать механические характеристики при изменении частоты тока в цепи статора f 11 = qf 1, где q – в соответствии с вариантом)
Таким образом, при данном способе регулирования частоты вращения: – уменьшается при уменьшении f 1; увеличивается при уменьшении f 1. В качестве преобразователя в настоящее время применяются различные тиристорные и транзисторные преобразователи частоты.
Этот способ используется для регулирования частоты вращения многоскоростных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Возможность получения искусственных характеристик асинхронного двигателя данным способом непосредственно следует из выражения:
Изменение числа пар полюсов асинхронного двигателя р производится за счет переключений в обмотке статора; при этом число пар полюсов короткозамкнутого ротора изменяется автоматически. Поскольку число пар полюсов асинхронного двигателя может быть равным целому числу – 1, 2, 3, и так далее, то, следовательно, данный способ регулирования обеспечивает только ступенчатое регулирование частоты вращения. Двигатели, допускающие регулирование частоты вращения этим способом, получили название многоскоростных.
Изменение числа пар полюсов асинхронного двигателя достигается тогда, когда на статоре располагаются две (или более) не связанных друг с другом обмотки, имеющие разное число пар полюсов, например, р1 и р2.
(Нарисовать механические характеристики при изменении числа пар полюсов p = jp, где j – в соответствии с вариантом)
Для асинхронных двигателей используются следующие способы торможения: рекуперативное, динамическое и противовключением.
Поскольку асинхронные двигатели, как и все электрические машины, обратимы, то под действием внешних сил ротор двигателя может вращаться в направлении поля статора с частотой вращения, то есть перейдет в режим рекуперативного торможения.
Рекуперативное торможение возникает при переключении асинхронного двигателя с большей частоты вращения на меньшую путем увеличения числа пар полюсов или уменьшения частоты питающего тока.
Соответственно в режиме рекуперативного торможения, поскольку частота вращения ротора оказывается больше частоты вращения идеального холостого хода скольжение отрицательно
При работе асинхронного двигателя в режиме рекуперативного торможения происходит отдача электрической энергии в сеть. Это объясняется тем, что в двигательном режиме магнитные поля статора и ротора действуют встречно и результирующее магнитное поле наводит в статоре ЭДС, которая меньше, чем напряжение сети
Когда асинхронный двигатель переходит в режим рекуперативного торможения, то вследствие изменения фазы тока в роторе магнитное поле его действует согласно с магнитным полем статора и результирующий магнитный поток увеличивается. Соответственно возрастает ЭДС статора и ввиду того, что значение ее оказывается больше напряжения сети, происходит отдача активной энергии в сеть.
Таким образом, режим рекуперативного торможения, то есть торможения с отдачей энергии в сеть, происходит при:
Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя в этом режиме
Для осуществления режима динамического торможения обмотка статора двигателя отключается от сети. При этом сохраняется лишь незначительный магнитный поток от остаточного намагничивания стали статора и ток в его обмотке весьма мал. Взаимодействия тока ротора с магнитным потоком статора от остаточного намагничивания не может создать сколь либо значительного электромагнитного момента.
Для получения надлежащего тормозного момента необходимо обеспечить наличие магнитного потока статора. Это может быть достигнуто подачей постоянного тока в обмотки статора или подключением к ним емкости.
Таким образом, имеется два вида динамического торможения: постоянным током и конденсаторное. Торможение постоянным током может происходить при независимом возбуждении и самовозбуждении, а конденсаторное – только при самовозбуждении
Торможение с независимым возбуждением осуществляют, отключая обмотку статора от сети и подавая на нее (обычно на две ее фазы) постоянный ток.
У асинхронных двигателей с фазным ротором наряду с этим вводят в цепь ротора тормозной резистор. Постоянный ток, подаваемый в цепь статора, получают также от сети только через понижающий трансформатор и полупроводниковый выпрямитель, а при большой мощности асинхронного двигателя – от специальных возбудителей низкого напряжения.
Скольжение в режиме динамического торможения
~ КМ1 КМ2 М UZ Рис. 3.26. Схема включения асинхронного двигателя в режиме динамического торможения с самовозбуждением
Для осуществления такого вида динамического торможения необходимо подключить к статору конденсаторную батарею
С3 ~ КМ1 М Рис. 3.27. Схема включения асинхронного двигателя в режиме динамического торможения с самовозбуждением С1 С2
Эта батарея при работе в двигательном режиме на характеристики двигателя никакого влияния не оказывает. При отключении двигателя от сети реактивная мощность, необходимая для создания магнитного потока в статоре двигателя, генерируется конденсаторами С1-С3. На время торможения двигатель становится асинхронным генератором, энергия торможения в котором превращается в тепловую и рассеивается затем в окружающее пространство.
Торможение противовключением возникает в том случае, когда ротор двигателя вращается в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля статора. Это можно достичь двумя способами: переключить обмотки статора на противоположное направление вращения (две фазы поменять местами); под действием активного момента нагрузки; когда ротор двигателя начинает вращаться в другую сторону.
О КПД в данном случае говорить не приходится, т.к. и преобразуемая в электрическую механическая мощность и энергия, потребляемая из сети, рассеиваются на активных сопротивлениях цепи ротора, и полезно используемой в данном случае энергии нет
С целью увеличения эффективности торможения противовключением асинхронного двигателя с фазным ротором в цепи их роторов на период торможения вводятся добавочные сопротивления, что позволяет ограничить токи в обмотках, увеличить момент
Сеть Рис.3.31. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя в режиме торможения противовключением
