ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫИ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Асинхронные двигатели, имеющие большую надежность, меньшие габариты и меньшую себестоимость во всем диапазоне общепромышленных мощностей, чем двигатели постоянного тока, обладают следующими преимуществами:

способны развивать большую скорость, чем эквивалентные по мощности двигатели постоянного тока;

• обеспечивают более легкие условия работы узла контактного токосъема (двигатели с фазным ротором) либо не имеют его (двигатели с короткозамкнутым ротором);

• не требуют системы возбуждения, необходимой в двигателе постоянного тока и синхронном двигателе.

Асинхронные двигатели делятся на два основных типа: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Наибольшее распространение во всех областях техники имеют дешевые в производстве и надежные в эксплуатации двигатели с короткозамкнутым ротором.

Трехфазная статорная обмотка двигателя создает магнитное поле, вращающееся в пространстве с угловой скоростью, называемой синхронной,

С0о=2к/1/рп,

где //- частота напряжения питания, р„ - число пар полюсов статорной обмотки.

Поток, созданный вращающейся в пространстве МДС обмотки статора, индуктирует в обмотке ротора ЭДС, частота которой оэр=со0-сор„ зависит от скольжения, т. е. относительной разности угловых скоростей поля статора соа и ротора со:

s = (со 0-со) /со 0.

Под действием этой ЭДС в обмотке ротора протекает ток, при взаимодействии которого с вращающимся магнитным потоком возникает вращающий электромагнитный момент М.

Исследование основных характеристик двигателя удобно производить с помощью эквивалентной схемы замещения, составленной на основании физически существующей связи первичной и вторичной цепей (рис.1,а), которая обычно, вследствие симметрии двигателя, строится для одной фазы. Следует отметить, что данная схема замещения пригодна лишь для анализа установившихся или медленно меняющихся переходных процессов, в которых пренебрегают электромагнитными процессами, а учитывают лишь механическую инерционность электропривода.

Результирующий магнитный поток машины Ф является носителем энергии, передаваемой со статора на ротор. Индуктивные сопротивления X/ И Х2 обусловлены тем, что не весь поток проходит через воздушный зазор, а часть его замыкается по локальным контурам, образуя потоки рассеяния статора Фis и ротора 02S - Частота тока в роторе связана с частотой тока в статоре fj соотношением/2=/is■ Активные сопротивления фазы статора Ri и ротора R2 зависят от конструктивного исполнения двигателя.

В обмотке ротора при вращении индуцируется ЭДС E2S, вызывающая протекание тока во вторичной цепи

E2s

л/^2 +02s f

S J

Данное выражение отражает физический смысл замены вращающегося ротора неподвижным: во вторичной цепи вместо E2S имеет место ЭДС Ег, а вместо индуктивного сопротивления X2S - сопротивление Х2- ПОЭТОМУ для создания ТОГО же тока І2 в роторную цепь вводится добавочное сопротивление так, чтобы R2 / s = R2 + R, = R2+R2(l — s)/s '

Тогда мощность, развиваемая двигателем на валу при вращении, эквивалентна мощности, которая потребляется на добавочном сопротивлении. Для приведения схемы замещения двигателя к виду рис. 1 ,б необходимо по общим правилам привести параметры вторичной цепи к первичной. Штрихами на схеме отмечены приведенные величины. После приведения ЭДС Е'2 становится равной Е/, что позволяет объединить общие эквивалентные точки обеих цепей. Намагничивающая цепь при пренебрежении активным сопротивлением, обусловленным потерями в стали от полезного потока, представлена индуктивным сопротивлением хм.

На практике часто используют более удобную для рассмотрения схему замещения с вынесенным контуром намагничивания (рис.1, в), пренебрегая зависимостью тока намагничивания от падения напряжения в Rj и X/.

Тогда можно определить приведенный ток ротора:

где хк=Х]+х'2 - индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания. Мощность Pi, потребляемая из сети, расходуется на покрытие потерь в намагничивающем контуре, в меди статора и преобразуется в электромагнитную мощность, равную

P^3(12)2R7s]

В свою очередь.

Р = Мй)

откуда выражение для электромагнитного момента, развиваемого двигателем,

(1)

Данное уравнение является одним из основных, характеризующих работу асинхронного двигателя Оно показывает, что зависимость M=f(s) является достаточно сложной функцией от скольжения. Момент равен нулю при 5 = 0, достигает положительного или отрицательного максимумов (критических значений ±МК) при некоторых значениях скольжения ±лк, также называемых критическими, и далее стремится к нулю при Л’ * со Найдя экстремум функции M=f(s) и соответствующие ему Мк и sK, будем иметь:

2 Мк (1 + ast)

3U2

—'------------ •-------------------- (3)

r,±JrJT4

ТУ г

st = , 1 . (4)

л/Rj+xi

Часто на практике пренебрегают сопротивлением Rj, т. е. полагают, что а = 0, при этом выражения (2) - (4) становятся более простыми,. 2М,

М = к— (5)

S S,

— + — sk S

3 и2

— (6)

l0)QXK

R'

*к=~Г (?)

хк

Выражение (5) называют формулой Клосса. Формулы (2) или (5) удобнее для расчетов, чем (1), поскольку' они не требуют знания параметров двигателя. В этом случае все расчеты производятся по данным каталога.

В качестве примера на рис. 2 приведены механическая oj=f(M) и электромеханическая co=f(I) характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, которые характеризуются рядом опорных точек:

1 - точка идеального холостого хода: М=0; s = 0; о> ы0;

2 - точка номинальной нагрузки: М=М„; s—sn; oj=oj„;

3 - критическая точка: М=МК; s=SK

А - точка минимального момента: (скольжение

точно не определено);

5 - точка пускового момента: М-Мп; s = l; со=0.

Работа асинхронной машины в двигательном режиме протекает на рабочем участке 1 -3 механической характеристики. С ростом нагрузки на валу' двигателя скольжение увеличивается, а скорость падает. При увеличении нагрузки до Мк двигатель останавливается (опрокидывается). При этом уменьшение момента двигателя при s>si сопровождается увеличением тока. Это объясняется тем, что электромагнитный момент определяется не полным током, а его активной составляющей, которая с ростом скольжения сначала увеличивается, а затем, достигнув максимума, начинает уменьшаться.

Кратность начального пускового вращающего момента и кратность максимального (критического) вращающего момента по отношению к номинальному моменту регламентируются. Для двигателей общепромышленных серий средней и большой мощности согласно стандартам они составляют:

MJ М„ = 1,0...2; Мк,/М„ = 1,7...2,2.