АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В ПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ КАК ОБЪЕКТ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Как и для двигателя независимого возбуждения, выходной величиной будем считать скорость вращения двигателя. Структурная схема двигателя также может быть получена на основании совместного' решения уравнений электрического и механического равновесия роторной цепи Однако асинхронный двигатель представляет сложную систему магнитосвязанных обмоток, описываемых нелинейными дифференциальными уравнениями Поэтому при исследовании переходных процессов с учетом того, что электромагнитные процессы в асинхронном двигателе протекают намного быстрее, чем механические процессы нагрузки двигателя, электромагнитными процессами в первом приближении обычно пренебрегают. В этом случае структурная схема двигателя может быть получена на основании уравнения движения электропривода и уравнения механической характеристики двигателя, т е при подключении асинхронного двигателя к питающей сети в его обмотках мгновенно возникают токи, определяющие также мгновенное появление электромагнитного момента двигателя
Ниже будет показано, что в регулируемых электроприводах с асинхронным двигателем применяют регулирование скорости вращения изменением частоты напряжения, питающего двигатель Линеаризацию уравнений, описывающих переходный процесс, обычно проводят при малых отклонениях от установившегося значения.
При работе привода на устойчивой части уравнение механической характеристики выражается формулой (II 87)
Учитывая, что при управлении асинхронным двигателем путем изменения частоты входной величиной является приращение частоты питающей сети, выраженной через соответствующее измене-
6_Мс
Мн
|
3/7 Т1п |
|
5п0 Пп |
|
sH Тмр |
|
5s |
гмк |
|
|
) ~» |
M„sK |
|
5м |
|
<$г |
|
Ф |
|
8п Пп |
|
дм дмс М* Мн |
Рис 29 Структурная схема асинхронного двигателя
ние скорости вращения 8п0, а выходной — отклонение скорости вращения двигателя бп, получаем следующую систему уравнений в относительных единицах:
|
flo т _ 2мк 8п ( бМ 6АІ |
ш :6s = -^> (II 91)
бs, (II 92)
(И 93)
|
‘о |
Ма ма ) Тыр ’
гг. GD-Sufin
где Т„ = - g~oxr - — электромеханическая постоянная времени, с,
иО,^/Иц
60/
—синхронная скорость вращения двигателя при установившемся движении, об/мин;
sH = п° ~п - — номинальное скольжение, соответствующее п О
номинальному моменту Мн Рассматривая уравнения (II 91)—(II 93) как уравнения звеньев, выходная величина которых находится в левой части, а входная величина в правой части уравнения, получаем структурную схему двигателя, представленную на рис 29. Таким образом, асинхронный двигатель как объект регулирования в первом приближении представляет замкнутую систему с единичной обратной связью, имеющую одно управляющее воздействие (бп0) и одно возмущающее (8МС).
В статоре синхронного двигателя (рис 30, а), как и в асинхронном двигателе, создается вращающийся магнитный поток Роторная обмотка (обмотка возбуждения) получает питание от источника постоянного тока и создает неподвижный относительно ротора по ток возбуждения Ф0 Так как для работающих машин переменного тока магнитные потоки ротора и статора должны быть неподвижны
|
Utip ft |
|
а |
относительно друг друга, то скорость вращения ротора в установившемся режиме всегда равна скорости вращения магнитного потока статора, т е синхронной скорости вращения п0
Вращаясь вместе с ротором, поток Ф0 наводит в обмотке статора э д с. Е0 При идеаль ном холостом ходе, когда сила
|
Рис 30 Схема включения (а) и упрощенные векторные диаграммы ненагруженного (б) и нагруженного («) синхронного двигателя читать ^1ф-*6) |
тока статора равна нулю, э. д. с. Е0 должна точно уравновешивать напряжение сети £/1ф, т. е. быть равной и противоположной по фазе напряжению сети £/1ф, а оси магнитных потоков статора и ротора должны совпадать. Векторная диаграмма для данного случая представлена на рис 30, б
При нагрузке ротор затормаживается и ось магнитного потока ротора отстает на некоторый угол 0 от оси магнитного потока статора, но ротор продолжает синхронно вращаться с полем статора В результате возникает сдвиг фаз между Е0 и £/1ф и по обмоткам статора протекает ток /1ф Намагничивающая сила тока /1ф и намагничивающая сила тока возбуждения создают суммарный магнитный поток Ф, вращающийся с синхронной скоростью
Поток Ф наводит в обмотке статора э д с £1ф, а ток /1ф создается геометрической разностью векторов напряжения £/1ф и э. д. с. £1ф) т. е.
/1ф^-1ф~£іф-, (II 94)
—л
Где XL — индуктивное сопротивление обмотки статора от потока рассеяния.
Таким образом, благодаря магнитному взаимодействию между статором и ротором, ротор вращается синхронно с полем статора. Для двигательного режима ведущим является поток статора, а ведомым поток ротора. Если ведущим является ротор синхронного двигателя, а ведомым поток статора (т. е. поток ротора опережает поток статора на угол 0), то синхронная машина работает в генераторном режиме.
Для практических расчетов удобно пользоваться упрощенной векторной диаграммой, при построении которой принимают, что ток в статоре создается геометрической разностью векторов напряжения £/1ф и э. д. с. Ео, создаваемой потоком возбуждения Ф0. При этом ток статора определяется так называемым синхронным реактансом Xs, который учитывает индуктивное сопротивление как от главного потока реакции якоря, так и от потоков рассеяния, т. е.
/іФ= " (П.95)
При построении векторной диаграммы следует помнить, что
э. д. с. Е0, создаваемая в двигателе, носит характер противодействующей э. д. с. Тогда угол 0 будет соответствовать углу между векторами £/1ф и —Ё0. В зависимости от режима работы вектор —Е0 отстает от вектора £/1ф и угол 0 положителен (двигательный режим) или опережает вектор £/1ф и угол 0 отрицателен (генераторный режим). (
На рис. 30, в приведена упрощенная векторная диаграмма синхронного двигателя для двигательного режима, когда ток отстает от напряжения и1ф на угол ф (вектор /1ф перпендикулярен вектору 11фХ5 и отстает от него на 90°).
