Механічні характеристики асинхронного двигуна та її характерні точки

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Механічні характеристики асинхронного двигуна та її характерні точки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мк- це максимальний момент двигуна, який визначає його перевантажувальну здатність.

Номінальному моменту відповідає номінальне ковзання (від 0 до 6%).

Виготовляються двигуни з подвійним ковзанням для металургії та підйомних механізмів (Sн=12%). Пусковий момент залежить від активного опору ротора, тому випускаються двигуни різних конструкцій, в яких Мк=(0,93)Мн .Критичний момент в генераторному режимі (II чверть) М*к > Мк більше ніж для рушійного режима.

Електромеханічна характеристика двигуна представляється в формі =f(I1), S=f(I1), а також =f(I`2), S=f(I`2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

В точці ідеального холостого хода S=0 двигун споживає з мережі струм намагнічення I1=I, який є реактивним струмом намагнічення (струм х.х.) в залежності від типу двигуна може складати (3060%)Iн.

2. Реверс та пуск асинхронного двигуна

Для зміни напрямку руха трьохфазного асинхронного двигуна потрібно змінити напрямок обертання магнітного поля. Для цього достатньо поміняти місцями будь-які два виводи обмотки статори.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пуск двигуна з короткозамкненим ротором здійснюється прямим увімкненням в мережу (прямий пуск) при цьому пусковий струм може досягати (57)Iн, що збільшує навантаження на мережу. Тому прямий пуск використовується для силової мережі. При необхідності запуску декількох двигунів, їх пуск розносять в часі за допомогою відповідних схем керування.

Для обмеження пускового току на початку пуску в коло статора підключаються струмообмежуючі реактори або в простішому випадку резистором.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кількість ступенів реостату визначається технологічними умовами і може коливатися від 1 до 12.

Розрахунок величини опорів ступенів здійснюється за методикою,розглянутоїдля ДПС з незалежним збудженням, але замість відносного перепаду швидкості S підставляється Sн, а при обчислені опорів замість Rя підставляється Rротора, яке може бути визначене за формулою

Rp=SнRн

Способи керування швидкістю та відповідні механічні характеристики.

Природня механічна характеристика двигуна відповідає його включенню на номінальну напругу і частоту мережі при відсутності додаткових опорів в колі ротора чи статора.

Для зміни моменту двигуна і відповідно його швидкості згідно з формулою для моменту можна:

1.змінити напругу статора,

2.змінювати опір ротора за рахунок введення додаткового опору(тільки для двигунів з фазним ротором),

3.змінювати частоту напруги живлення,

4.змінювати число пар полюсів(для полюсопереключаємих двигунів),

5.Введення додаткового опору в коло статора (для двигунів з короткозамкненим ротором),

6.використання енергії ковзання S за допомогою спеціальних каскадних схем.

Регулювання швидкості зміною напруги живлення.

Для реалізації способу керування двигун живиться від силового регулятора напруги,який виготовлений на основі тиристорів чи транзисторів(декілька кВт).Найчастіше керування імпульсної напруги здійснюється за допомогою ШИМ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для того, щоб ненаситити магнітне поле двигуна напругу живлення можна тільки зменшувати відносно номінальної, так як магнітний поток пропорційний напрузі. Uф~E1=4.44f1W1Kw1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зниження напруги не впливає на с та на Sk , а тільки зменшує критичний момент, тому всі штучні характеристики проходять через одну точку с та мають однакове критичне ковзання.

Перевагою данного способу є можливість плавної зміни швидкості.

Недоліком є зменшення перевантажувальної здатності двигуна та жорсткості механічної характеристики.

Зменшення напруги призводить до підвищення втрат, тому цей спосіб використовується при невеликому діапазоні регулюванні швидкості, а також для запуску механізмів.

Цей спосіб найкраще підходить для механізмів, момент опору яких залежить від швидкості(вентлятори,насоси).

Розширення діапазону керування та підвищення жорсткості характеристик здійснюється за рахунок введення зворотніх зв'язків по швидкоті.

3. Спосіб керування швидкості за рахунок введення додаткового опору в коло ротора

Для цього використовується двигуни з фазним ротором, в коло якого підключається трьохфазний реостат. Опір реостата за умовами комутації змінюється ступінчато.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синхронна швидкість та критичний момент не залежать від опору ротора тільки критечне ковзання змінюється пропорційно Rд, тому всі характеристики проходять через одну точку с і мають незмінний критичний момент.

Размещено на http://www.allbest.ru/

4. Переваги: простота реалізації

Недоліки: зменшення жорсткості механічної характеристики, що призводить до зміни чутливості двигуна при зміні навантаження; із збільшенням опору збільшуються втрати в ЕП, що обмежуе величину діапазону керування швидкістю: швидкість можна змінювати тільки ступінчато, що не дозволяе створити автоматизовані системи керування швидкістю.

Збільшення R2 призводить до підвищкння пускового моменту і Mnmax буде при Sk<1 .

Для збільшення пускового моменту при керуванні швидкості за рахунок зміни напруги в ротор фазного двигуна постійно підключається додатковий опір.

Використовуються також схеми з імпульсним регулюванням еквівалентного опору в колі ротора, при цьому використовуються ШИМ модуляці електричних ключів, тобто змінна скважність при постійній частоті. Це дозволяєплавно регулювати швидкістьта застосовувати автоматизовані системи керування.

Недоліком є погіршення енергетичних показників із-за несинусоїдальності струмів.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

5. Керування швидкістю за рахунок зміни частоти напруги живлення

В цьому випадку двигун живиться від силового перетворювача частоти який реалізується на тиристорах чи транзисторах при зміні напруги живлення частоту можна збільшити відносно номінальної для того, щоб не наситити магнітне коло двигуна

двигун ковзання ротор опір



Збільшення частоти призводить до пропорційного збільшення синхронної швидкості, та зменшення критичного моменту пропорційно квадрату частоти. Жорсткість механічних характеристик не змінюється, т.я. критичне ковзання зменшується.

Перевага: плавна зміна швидкості при незмінній швидкості.

Недолик: зменшення перетворюваючої здатності двигуна.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Але т.я. швидкість підвищується, то потужність залишається незмінною. Тому цей спосіб застосовується в механізмах, де потрібно регулювати потужність. Такий спосіб називається керуванням в другій зоні з послабленням магнітного потоку.

Т.я. критичний момент залежність в квадраті від напруги та частоти, то найкращій спосіб керування отримується при однозначній зміні і напруги і частоти при якій співвідношення залишається незмінним (закон Костенка)

Для реалізації способу використовуються перетворювачі частоти з ланкою постійного струму.

Перетворювач складається з керованого випрямлювача КВ, фільтра Ф, автоматичного інвертора АІ, та систем керування випрямлячем, інвертора та системи в цілому.

Для невевеликих потужностей замість керованого випрялювача використовується некерований, а АІ одночасно регулює і напругу і частоту.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Напруга залишається незмінна. Штучні характеристики паралельні одна одній. Це основний спосіб керування швидкості АД. АІ може бути джерелом напруги адо джерелом струму. В залежності від цього існують різні замкнені системи керування.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При низьких швидкостях падіння напруги в колі статоратора стає співрозмрними з напругою, що призводить до зменшення критичного моменту.

Перевага: плавна зміна швидкості від нудя до максимальної (номінальної) принезмінній жорсткості механічної характеристики перевантажної зддатності двигуна.

Недолик: висока складність перетворювача частоти та СК.

Размещено на http://www.allbest.ru/

6. Керування швидкості за рахунок зміни пар полюсів

Для зміни швидкості застосовуються спеціальні двигуни, які дозволяють змінювати кількість полюсів. Найбільш поширені - двохскоросні. Зменшення числа пар полюсів призводить до синхронної швидкості.

На практиці найбільше поширення отримали схеми з'єднання обмоток статора в подвійну зірку, зірку та трикутник.

Подвійна зірка

Для цієї схеми число пар полюсів - р/2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Переваги : простота, надійність, незмінна жлрсткість, економічність.

Недоліки: швидкість змінюється тільки ступінчато і кількість ступенів визначається кількістю полюсів, що можна переключати.

Зміна швидкості двигуна введенням додаткового опору в коло статора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Цей спосіб використовується дуже рідко для двигунів з короткозамкненим ротором при відсутності інших засобів зменшити швидкість. Спосіб дуже неекономічний, тому використовується для короткочасної зміни швидкості. Із збільшенням опору статора відповідно до формул для критичного моменту та ковзання призводить до зменшення перевантажуючої здатності двигуна та зменшенню жорсткості характеристик. Синхрона швидкість незмінюється.

Размещено на http://www.allbest.ru/

7. Каскадні схеми керування швидкістю двигуна

При зміні навантаження двигуна втрати в роторі дорівнюють

Для двигунів виликої потужності ці втрати достатньо великі, причому їх можна використати для керування швидкостю двигуна.

Спочатку з'явилися електромагнітні каскадні схеми, а потім з розвитком напівпроводникової техніки машинні елементи замінили на електронні. В данний час поширена схема АВК (асинхронно-вентильного каскаду). Для каскадних схем випускають двигуни з фазним ротором.

Размещено на http://www.allbest.ru/



Швидкість двигина змінюється за рахунок зміни струму Iд допоміжного двигуна постійного струму. Регулювання швидкості обумовлене введенням е.р.с. в коло ротора, яку створює ДПС.

Майже вся енергія втрат за винятком незначних втрат в перетворювачі (некерований випрямляч) в ДПС та втрат в обмотках ротора.

АВК складається з АД з фазним ротором в коло ротора якого підключенмй некерований випрямляч. Послідовно з ним включений інвертор, який створює е.р.с. за допомогою якої здійснюється керування швидкостю.

Інвертор зв'язаний з мережою через трансформатор, який здійснює гальванічну розв'язку та узгоджує амплітуду напруги мережи та інвертора.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Механічні характеристики майже паралельні, але критичний момент зменшився на 15-17%.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перевага : висока економічність, плавність регулювання швидкостю. Диапазон регулювання в розімкнених системах 2-3, який підвищується при використанні замкнених систем. Використовується тільки в потужних приводах.

Загальні зауваження: існують інші способи регулювання швидкістю, які використовуються для конкретних механізмів, наприклад, причастотному керуванні для привода струйних машин найбільш раціональним є закон U/f2=const. Для механізмів, в яких момент опору обернено пропорційний швидкості закон U/f2=const. Достатньо ефекттивний закон керування швидкостю можна отриманти в двигуні подвійного живлення. Для цього використовуються двигун з фазним ротором, в коло ротора якого підключається перетворювач частоти.

Размещено на http://www.allbest.ru/

8. Режим гальмування АД

АД дозволяє реалізувати постійні гальмівні режими:

рекуперативне

гальмування противмиканням

динамічне

Рекуперативне гальмування.

Отримати цей режим можна в статичному режимі чи тільки в дінамічному.

Ознакою переходу в режим рекуперативного гальмування є підвищення швидкості вище синхроної при цьому двигун переходить в генераторний режим і може віддати енергію в мережу.

В стаціонарному режимі потрібно отримати зовнішній активний момент, при цьому робоча точка може бути в II чи IV квадранті.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В динамічному режимі двигун працює при переключені пар полюсів з більшої на меншу швидкість або при зменшенні стрибком частоти живлення при частотному керуванні.

В режимі рекуперативного гальмування двигун виробляє та повертає в мережу активну потужність але при цьому продовжує споживати з мережи реактивну потужність.

Гальмування противмиканням.

Якщо двигун з фазним ротором, то цей режим можна отримати в статиці при активному моменті опору. Для цього достатньо ввести в ротор додатковий опір такої величини, щоб роьоча точка переместилась з I в IV квадрант. Величина опору визначаэ швидкість, з якою буде одертатися двигун в режимі гальмування противмиканням.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При реактивному статичному моменті цей режим можна отримати тільки в перехідному процесі. Для гальмування механізму здійснюється реверс двигуна. Для обмеження струму при гальмуванні в коло статора АД з короткозамкненим ротором можуть бути підключені додаткові резистори. Якщо двигун з фазним ротором, то на хід перехідного процесу та режим гальмування можна вплинути зміною додаткового опору в колі опру.

Размещено на http://www.allbest.ru/

На ділянці 1-2 механічної характеристики двигун буде працювати в режимі гальмування противмиканням. В точці 2 двигун потрібно відключити інакше він почне розганятись в зворотньому напрямку.

Введення додаткового опору в коло опорудозволяє збільшити момент гальмування, а також може створювати умови, при яких момент Мк.з. буде меншим Мс . Тоді двигун в точці 2` зупиниться і буде стояти під струмом. Його також потрібно відключити.

Перевогою є створення значних моментів гальмування при низьких швидкостях.

Недолік: низька енергетика, так як двигун споживає електричну енегию з мережи і механічну від механізму і все це перетворюється в тепло.

Режим динамічного гальмування.

Для організації цього режиму потрібно джерело постійного струму.Обмотка статора працюючого двигуна відключається від мережі змінного струму і переключається на джерело постійного,так як обмотка статора складається з трьох частин (трьох фаз),то при підключенні до джерела постійного струму(два виводи: “+” та “-”) можуть використовуватись різні схеми.Найчастіше підключають будь-які два виводи.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При обертанні ротора в магнітному полі, яке створює обмотка статора,

Виникає гальмівний момент. Постійний струм відповідаєеквівалентному змінному струму, якщо вони створюють однакову МРС.Наприклад,при з'єднанні в зірку .

Тоді еквівалентний струм буде визначати характерні точки механічної характеристики в цьому режимі

,

індуктивний опір кола намагнічування при номінальній частоті та напрузі.

синхронна швидкість двигуна при номінальній частоті та напрузі критичний момент залежить від .

Критичне ковзання пропорційне опорукола ротора

Величину гальмівного моменту дуже просто задавати величину гальмівного моменту дуже просто задавати величиною постійного струму.При цьому критичний момент залишається незмінним.

Якщо двигун з фазним ротором, то додатково можна впливати введенням резистора в коло ротора. При цьому критичний момент залишиться незмінним, а збільшується критичне ковзання, тобто зменшується жорсткість характиристики.

Перевага: простота керування гальмівним моментом.

Недолік: незначна величина гальмівного моменту при низькій швидкості.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гальмування із самозбудженням.

Після відмикання двигуна від мережі магнітне поле затухає не зразу і це можна використати для створення гальмівного моменту.

При конденсаторному гальмуванні до обмотки статора підключають конденсатори,найчастіше з'єднанні в трикутник.

Чим більше ємність конденсатора, тим більший гальмівний момент.при цьому із збільшенням ємності механічної характеристики зміщуються в область низьких швидкостей.Конденсатори можуть бути включені постійно або підключені під час гальмування.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При магнітному гальмуванні виводи обмотки статора закорочують. При цьому створюється дуже короткочасний гальмівний момент.При використанні регульованого електропривода з перетворювачем частоти з ланкою постійного струму можна організувати ефективне магнітне гальмування. При цьому закорочення кола здійснюється за допомогою електронного ключа та додаткового резистора.Гальмівний момент регулюється за допомогою ШІМ ключа.

Размещено на http://www.allbest.ru/

9. Динамічні властивості асинхронного двигуна

Асинхронний двигун є суттєво нелінійною ланкою обумовленною непостійністю магнітного потоку в залежності параметрів від ковозання періодичністю зміни параметрів. Для повного аналізу використовуються складні моделі та ЕОМ.При спрощеннях (відсутність насичення, симетрічність фаз та інше) найчастіше використовуються еквівалентна двохфазна модель двигуна у векторному вигляді.

Найбільш спрощена модель може бути отриманапри лінеаризаціїмеханічноїхарактеристики у вигляді прямої. Найбільше цьому задовольняє робоча ділянка механічної характеристики. Це відповідає роботі двигуна при збільшенні та зменшенні навантаження, а також пуску двигуна з фазним ротором пти додатковому опорі в колі ротора. Тобто, щоб робоча точка не виходила за межі лінійної ділянки. Ця молель не підходить для пуска, реверса та зупинки асинхронного двигуна з фазним ротором. З великою похибкою може бути використана для пуску двигуна з великим моментом інерції, коли механічна стала двигуна набагато більша за електромагнітну.При живленні від джерела напруги процес описується наступним рівнянням:

Для номінальної часиоти f1=50 Гц електромагнітна стала лежить в межах 0,0060,06 с

Модоль жорсткості характеристики .

Передаточна функція на основі рівняння має вигляд:

Тобто магнітне перетворювання являє собою аперіодичну ланку.

Размещено на Allbest.ru

...