Лекція 7 Механічні характеристики асинхронних двигунів у гальмівних режимах



 

Асинхронний двигун може працювати в тих же гальмівних режимах, що і двигун постійного струму: рекуперативного гальмування, гальмування противмиканням, динамічного гальмування з незалежним збудженням та самозбудженням.

Рекуперативне гальмування виникає при w > w0) та відповідно при s < 0. Перехід двигуна в цей режим здійснюється без відключення від мережі, тільки за рахунок дії активного моменту навантаження на його валу. Двигун при w > w0 перетворюється на генератор і віддає активну енергію в мережу. У багатошвидкісних двигунів режим рекуперативного гальмування виникає при переході (без зупинки) електропривода з більшої швидкості на меншу.

Механічні характеристики цього режиму є продовженням характеристик рухового режиму в межі квадранта II (рис. 3.12). Ковзання s та момент М при гальмуванні мають знак “–”. Розрахунок координат w   для побудови механічних характеристик у режимі рекуперативного гальмування виконується за формулою (3.22), як і для рухового режиму.

Гальмування противмиканням виникає в тому випадку, коли ротор двигуна обертається в напрямку, протилежному напрямку обертання магнітного поля статора. Цього можна досягти переключенням обмоток статора на протилежний напрямок обертання (дві фази змінюють місцями) або, не відключаючи двигуна від мережі, за рахунок дії активного моменту навантаження змусити ротор обертатися в інший бік. Характеристики гальмування противмиканням є продовженням характеристик рухового режиму в межі ковзань s > 1 (рис. 3.13). Рівняння механічних характеристик ті ж, що і для рухового режиму.

 

Розрахунок координат w   для побудови механічних характеристик у режимі противмикання виконується на підставі природної характеристики і залежності (3.26). Так само як і для двигунів постійного струму, для асинхронних двигунів режим гальмування противмиканням застосовується в двох випадках:

1) при гальмуванні електропривода до w = 0; 2) при усталеній роботі з активним моментом Мст.

У першому випадку при w = 0 двигун відключають від мережі (див. на рис. 3.13 частина характеристик у квадрантах II і IV). Якщо двигун не відключити від мережі, то відбудеться реверс і при ст кутова швидкість буде -wу.

В другому випадку під дією активного моменту Мст (наприклад, спуск вантажу на крані) усталена швидкість при гальмуванні буде дорівнювати wу.г..

Динамічне гальмування з незалежним збудженням відбувається при відключенні двигуна від мережі змінного струму і наступному підключенні обмоток статора до мережі постійного струму. Обмотки фаз статора при живленні постійним струмом можуть бути з'єднані між собою різними способами. Найбільш розповсюджені схеми з’єднання зображені на рис. 3.14, а, б, в. При протіканні по обмотках статора постійного струму виникає нерухоме відносно статора магнітне поле, під дією якого в провідниках обмотки ротора, який обертається, наводиться змінна ЕРС і, отже, у колі обмотки ротора протікає змінний струм. Взаємодія цього струму з магнітним полем статора обумовлює виникнення гальмівного моменту. При повному гальмуванні ротора, коли w = 0, ЕРС, струм ротора і момент стають рівними нулю. Асинхронний двигун при динамічному гальмуванні працює генератором, у якого енергія, що генерується, розсіюється в роторному колі.

Так як магнітний потік нерухомий у просторі, то кутова швидкість ротора буде тією швидкістю, при якій провідники ротора перетинають магнітні силові лінії поля. Відношення кутової швидкості ротора до синхронної кутової швидкості магнітного поля рухового режиму представляє собою ковзання при динамічному гальмуванні

sг = w / w0 = w*,                                                                                  (3.30)

звідки

w* = 1 – sг.                                                                                           (3.31)

Рисунок 3.14 – Схеми вмикання при динамічному гальмуванні з незалежним збудженням асинхронного двигуна

 

Зі співвідношень (3.30) та (3.31) випливає, що ковзання при динамічному гальмуванні буде тим більше, чим вище кутова швидкість ротора.

Так як при живленні постійним струмом обмотки фаз статора беруть участь у створенні МРС по-різному, то для розрахунків зручно ввести поняття еквівалентного струму, що намагнічує, Ім.ек. Цей струм еквівалентний такому змінному струму, який при однаковому значенні в трьох фазах створює таку ж МРС, як і постійний струм І_, який у дійсності протікає в обмотці. У залежності від способу з’єднання обмоток статора співвідношення між Ім.ек і І_ різне. Так, для схем, наведених на рис. 3.14, а, б, в, відповідно

Ім.ек = 0,82 І_;               Ім.ек = 0,71 І_;               Ім.ек = 0,44 І_.

Змінний струм, що протікає в колі ротора, створює протидіючу МРС, яка складається з МРС статорної обмотки.

Результуюча МРС створює магнітний потік, який при нерухомому роторі через відсутність дії, яка розмагнічує, з боку ротора, буде дорівнювати еквівалентному. При роторі, який обертається, Ім = Ім.ек – І2'. Тому зі збільшенням кутової швидкості, а отже, і струму ротора значення Ім зменшується.

Наведена ЕРС в обмотках фаз статора Е1 є функцією струму Ім, який намагнічує. Узагальнений графік цієї функції, яка називається кривою намагнічування, у відносних одиницях зображений на рис. 3.15. На графіку І = Ім / І1х, де І1х — струм в обмотках фаз статора при холостому ході двигуна з Uном, коли Ім ≈ I1х. Разом з тим ЕРС Е1 може бути виражена через індуктивний опір контуру намагнічування Хм і струм Ім, тобто Е1= Ім Хм, звідки

Хм = Е1/ Ім.                                                                                          (3.32)

Так як Е1 залежить від струму Ім нелінійно, то і Хм буде залежати від Ім також нелінійно. Ця залежність у відносних одиницях зображена на рис. 3.15.

Рівняння механічної характеристики в режимі динамічного гальмування аналогічно (3.24):

Мг = 2Мг.кр /(sг / sг.кр + sг.кр / sг)                                            (3.33)

Критичний (або максимальний) момент

Мг.кр = 3( Ім.ек Хм )2/[2w0 ( Хм + Х'2)]                                  (3.34)

Критичне ковзання, що відповідає критичному моменту,

sг.кр = R'2/( Хм + Х'2)                                                            (3.35)

Аналізуючи останні три рівняння, можна зробити висновок, що зі збільшенням зовнішнього опору R2вш у колі ротора ковзання sг.кр зростає, а Мг.кр при Ім.ек = const залишається незмінним. Це явище використовують для підтримки гальмівного моменту двигунів з фазним ротором по мірі зниження його кутової швидкості.

Механічні характеристики динамічного гальмування з незалежним збудженням зображені в квадранті II осей w, М (рис. 3.16). При w = 0гальмівний момент Мг = 0, а тому всі характеристики сходяться в одній точці. При зміні Ім.ек критичний момент на підставі (3.34) змінюється пропорційно І2м.ек.

Динамічне гальмування із самозбудженням відбувається при наявності конденсаторної батареї, яка підключається паралельно обмоткам фаз статора двигуна (рис. 3.17, а). Ця батарея при роботі в руховому режимі на характеристики двигуна ніяк не впливає. При відключенні двигуна від мережі реактивна потужність, що необхідна для створення магнітного потоку в статорі двигуна, генерується конденсаторами С, у зв'язку з чим розглянутий режим часто називається режимом конденсаторного гальмування.

На час гальмування двигун стає самозбудженим асинхронним генератором, енергія гальмування в якому перетворюється в теплову і розсіюється потім у навколишнє середовище.

Початком процесу самозбудження є виникнення ЕРС в обмотках статора при роторі, який обертається, за рахунок його залишкового намагнічування. Завдяки наявності конденсаторів з'являється змінний трифазний струм Ім, що намагнічує, який у свою чергу, збільшує магнітний потік, а отже, і ЕРС в обмотці статора, що призводить до подальшого збільшення струму, який намагнічує, та росту ЕРС і т.д. Швидкість двигуна wз1, при якій починається самозбудження, залежить від параметрів кола самозбудження – реактивного опору кола намагнічування Хм і конденсаторів Хс.

Самозбудження і гальмівний момент з'являються при швидкостях вище (0,3 – 0,5) w0, тому при початковій швидкості гальмування, яка звичайно перевищує вказане значення, за рахунок збільшення наведеної частоти змінного струму і відповідної зміни параметрів у колі статора і ротора струм Ім, що намагнічує, буде менше максимального значення. Відповідно значенню струму, що намагнічує, двигун буде розвивати гальмівний момент.

По мірі зниження кутової швидкості ротора в двигуні будуть зменшуватися частота струму та індуктивний опір (тому що ХL = 2 p f L), а збільшуватися струм намагнічування Ім та ємкісний опір [ХC = 1/(2 p f C)]. При деякій кутовій швидкості w струм, що намагнічує, і відповідно гальмівний момент будуть мати явно виражений максимум (рис. 3.17, б). Подальше зниження швидкості призводить до зменшення Ім, Мг, а потім і до припинення збудження при швидкостях wз.2.

Гальмівний режим існує при значеннях кутової швидкості wз.1 - wз.2. При збільшенні ємності конденсаторів швидкості wз.1 та wз.2 (або зона дії динамічного гальмування із самозбудженням) переміщуються в зону більш низьких значень. Ширина зони гальмування визначається співвідношенням індуктивних опорів Хм /Хк: чим більше відношення Хм /Хк, тим ширше зона дії гальмування. Крім того, зміна ємності конденсаторів призводить до зміни максимальних значень гальмівного моменту (рис. 3.17, б). Зі збільшенням ємності С знижується кутова швидкість wз.1, але зростає гальмівний момент двигуна.

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 883;