ЭППеТ. Модель асинхронного двигателя (АД). Процессы в режиме хх и под нагрузкой: векторная диаграмма, параметр скольжения s, основные соотношения. Схема замещения



Пусть ротор вращается со скоростью ω0, т.е. его обмотки не пересекают силовых линий магнитного поля и он не оказывает существенного влияния на процессы.

В весьма грубом, но иногда полезном приближении можно представить обмотку фазы статора как некоторую идеальную катушку, к которой приложено переменное напряжение . Мы будем дальше либо обозначать его и другие синусоидально изменяющиеся переменные соответствующими заглавными буквами, если интерес представляют лишь их действующие значения, либо будем добавлять точку вверху, показывая тем самым, что речь идет о временнóм векторе, имеющем амплитуду  и фазу .

Очевидно, что приложенное напряжение  уравновесится ЭДС самоиндукции  (рис. 4.2,а,б)

     (4.3)

где w - число витков обмотки; kоб - коэффициент, зависящий от конкретного выполнения обмотки.

 

а)

б)

в)

Рис. 4.2. Идеализированная модель асинхронной машины при  = 0 (а), векторная диаграмма (б) и кривая намагничивания (в)

 

Можно приближённо считать, что магнитный поток определяется приложенным напряжением, частотой и параметрами обмотки:

     (4.4)

Ток в обмотке (фазе) статора - ток намагничивания определится при этом лишь магнитным потоком и характеристикой намагничивания машины (рис. 4.2,в):

В серийных машинах при U1=U и f1=f, т.е. при номинальном магнитном потоке ток холостого хода I10 составляет обычно 30% - 40% от номинального тока статора I.

Процессы под нагрузкой

При нагружении вала ; отличие скоростей  и 0 принято характеризовать скольжением

.                       (4.5)

Теперь в роторной цепи появится ЭДС , наведенная по закону электромагнитной индукции и равная

=E1s                  (4.6)

штрихом здесь и далее отмечены приведенные величины, учитывающие неодинаковость обмоток статора и ротора. Частота наведенной ЭДС составляет

f2=f1s                                  (4.7)

Ток I2 в роторной цепи, обладающей сопротивлением R2 и индуктивностью L2, определится как

или после простых преобразований

              (4.8)

где Х2 - индуктивное сопротивление рассеяния вторичной цепи при частоте f1.

Мы получили уравнение, соответствующее традиционной схеме замещения фазы асинхронного двигателя - рис. 4.3, в которой учтены и параметры статора R1 и Х1. Эта простая модель пригодна для анализа установившихся режимов при симметричном двигателе с симметричным питанием.

Рис. 4.3. Схема замещения фазы асинхронного двигателя

ЭППеТ. Механические характеристики АД. Анализ основных режимов работы

Для получения механической характеристики ещё более упростим модель - вынесем контур намагничивания на зажимы - рис. 4.4,а, как это часто делается в курсе электрических машин.

а)

б)

Рис. 4.4. Упрощенная схема замещения (а) и характеристики асинхронной машины (б)

Поскольку

,

где I - активная составляющая тока ротора,

2 - угол между  и ,

качественное представление о механической характеристике М(s) можно получить, проследив зависимость каждого из трех сомножителей от s.

Магнитный поток Ф в первом приближении в соответствии с (4.4) не зависит от s - рис. 4.4,б. Ток ротора (4.8) равен нулю при s = 0 и асимптотически стремится к  при s   - рис. 4.4,б. Последний сомножитель легко определить по схеме замещения:

;

cos2 близок к 1 при малых s и асимптотически стремится к нулю при s  . Момент, как произведение трех сомножителей, равен нулю при s = 0 ( = 0 - идеальный холостой ход), достигает положительного Мк+ и отрицательного Мк- максимумов - критических значений при некоторых критических значениях скольжения , а затем при s   стремится к нулю за счет третьего сомножителя.

Уравнение механической характеристики получим, приравняв потери в роторной цепи, выраженные через механические и через электрические величины. Мощность, потребляемая из сети, если пренебречь потерями в R1, примерно равна электромагнитной мощности:

,

а мощность на валу определяется как

Потери в роторной цепи составят

(4.9)

или при выражении их через электрические величины

откуда

Подставив в последнее выражение I2 из (4.8) и найдя экстремум функции М=f(s) и соответствующие ему Мк и sк, будем иметь:

(4.10)

где а=R1/R2:

     (4.11)

При s << sк можно пренебречь первым членом в знаменателе и получить механическую характеристику на рабочем участке в виде

              (4.13)

Асинхронный электропривод как и электропривод постоянного тока, может работать в двигательном и трех тормозных режимах с таким же, как в электроприводе постоянного тока распределением потоков энергии - рис. 4.5.

Рис. 4.5. Энергетические режимы асинхронного электропривода

Рекуперативное торможение (р.т.) осуществляется при вращении двигателя активным моментом со скоростью 0. Этот же режим будет иметь место, если при вращении ротора со скоростью  уменьшить скорость вращения поля 0. Роль активного момента здесь будет выполнять момент инерционных масс вращающегося ротора.

Для осуществления торможения противовключением (т. п-в) необходимо поменять местами две любые фазы статора - рис. 4.6. При этом меняется направление вращения поля, машина тормозится в режиме противовключения, а затем реверсируется.

Рис. 4.6. Реверс асинхронного двигателя

Специфическим является режим динамического торможения, которое представляет собою генераторный режим отключенного от сети переменного тока асинхронного двигателя, к статору которого подведен постоянный ток Iп. Этот режим применяется в ряде случаев, когда после отключения двигателя от сети требуется его быстрая остановка без реверса.

Постоянный ток, подводимый к обмотке статора, образует неподвижное в пространстве поле. При вращении ротора в его обмотке наводится переменная ЭДС, под действием которой протекает переменный ток. Этот ток создает также неподвижное поле.

Складываясь, поля статора и ротора образуют результирующее поле, в результате взаимодействия с которым тока ротора возникает тормозной момент. Энергия, поступающая с вала двигателя, рассеивается при этом в сопротивлениях роторной цепи.

В режиме динамического торможения поле статора неподвижно скольжение записывается как:

 

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 425;