Загальна характеристика каскадних схем вмикання асинхронних двигунів
Керування асинхронним двигуном (АД) шляхом змінювання опору кола ротора пов'язано з втратами енергії, які пропорціональні ковзанню:
(1)
Крім того, для потужних двигунів різко зростають розміри і вартість комутаційної апаратури в роторному колі. Більш економічним способом є застосування каскадних схем вмикання АД, які дають можливість використання енергії ковзання.
В каскадних схемах в коло ротора АД вводять додаткову е.р.с. Едод., напрямок якої узгоджений або зустрічний з е.р.с. ротора Е2, яка має однакову з нею частоту. Струм ротора при цьому
(2)
де Е2н – е.р.с. ротора при w=0; Z2 – повний опір роторного кола.
Якщо е.р.с. Едод і Е2 збігаються по фазі (знаходяться в протифазі), то струм ротора збільшується (зменшується), що призводить до зростання (зниження) обертального моменту двигуна.
При незмінному статичному моменті це призводить до збільшення (зменшення) швидкості обертання до значення, при якому момент двигуна стає рівним статичному. Ковзання, яке відповідає цій швидкості обертання:
. (3)
Якщо припустити I2=0, то одержимо значення ковзання холостого ходу
(4)
Таким чином, регулюючи величину і знак Едод, можна змінювати ковзання холостого ходу в сторону позитивних або негативних значень (робота з вищесинхронною швидкістю обертання).
При регулюванні швидкості обертання униз від синхронної е.р.с. Едод повинна бути в протифазі з е.р.с. Е2 ротора і кут зсуву струму ротора І2 від Едод перевищує p/2.
Джерело додаткової е.р.с. при цьому перетворює енергію втрат ковзання в механічну або електричну енергію промислової частоти.
Щоб не погоджувати по фазі і частоті Едод і Е2, в теперішній час енергію ковзання перетворюють спочатку в енергію постійного струму за допомогою напівпровідникового перетворювача.
В залежності від способу перетворення цієї енергії каскадні схеми поділяють на електричні, електромеханічні та комбіновані каскади.
Лабораторна робота № 11
Дослідження регулювальних властивостей і одержання характеристик машино-вентильного каскаду постійної потужності
Мета роботи
Одержати експериментально швидкісні 
, 
і за допомогою розрахунку - механічні та енергетичні характеристики машино-вентильного каскаду постійної потужності.
Короткі теоретичні положення
Машинний каскад постійної потужності (рис. 11.1) містить дві механічно зв’язані машини: асинхронний двигун (АД) та машину постійного струму (МПС).
Рис. 11.1
Регулювання швидкості обертання здійснюється шляхом зміни струму збудження МПС.
При Ізб=0 ЕМПС=Едод=кФ×w=0 і асинхронний двигун працює на характеристиці, близький до природної. Збільшення струму збудження приводить до збільшення Едод і ковзання холостого ходу. Додаткова е.р.с. двигуна
(11.1)
Максимальне значення ковзання холостого ходу буде при максимумі Едод що можливо при Ізб=Ізб.н:
(11.2)
З урахуванням на рівнянь (11.2 ) і (4), можна записати
, (11.3)
де Uн - номінальна напруга двигуна постійного струму; wн - номінальна швидкість обертання його валу.
Очевидно, що при умові Uн=1.35Е2н і wн=w0 ковзання ідеального холостого ходу не перевищує 0.5.
Якщо не урахувати втрат у активних елементах схеми, потужність, яку розвиває асинхронний двигун, визначається виразом
, (11.4)
де РМ - потужність, яка споживається із мережі.
Потужність, яка повертається машиною постійного струму на вал:
, (11.5)
Потужність, яку розвиває каскад:
,
тобто вона не залежить від швидкості обертання, а залежить тільки від моменту на валу.
При роботі машинного каскаду потужність , яка споживається із мережі, передається на вал каскаду за відрахуванням втрат у обмотках електричних машин. Момент каскаду визначається сумою моментів:
. (11.6)
Простим виразом для визначення моменту двигуна при наявності випрямляча в колі ротору є залежність
, (11.7)
де Е2н - номінальна е.р.с. двигуна; Ud - напруга кола постійного струму на виході випрямляча; Id - випрямлений струм; Ed - е.р.с. холостого ходу на виході випрямляча, Ed=1.35E2н×s.
Формула (11.7) дає не зовсім точний результат на підсинхронній швидкості в системах з компенсацією падіння напруги в силових колах каскаду, а також в схемах включення асинхронного двигуна, які не забезпечують постійного значення потоку.
В таких випадках можливо застосування залежності:
, (11.8)
де I21 - діюче значення першої гармоніки вторинного струму; R2 - опір фази ротора.
Значення I21, в свою чергу, може визначатися із простої залежності, не ураховуючи зміну відношення 
при зміні випрямленого струму:
, (11.9)
Опір ротора визначається методом амперметра-вольтметра, або береться із паспортних даних двигуна.
Момент двигуна постійного струму
, (11.10)
де Uя - напруга на якорі двигуна постійного струму; Rя - опір якоря МПС.
У рівнянні (11.10) знак "-" необхідно брати, коли машина постійного струму працює в рушійному режимі, а знак "+" - коли в генераторному.
К.к.д. каскаду (без урахування потужності втрат на збудження і механічних)
, (11.11)
де R1 - опір фази статора АД; DU - падіння напруги в діодах випрямляча; DU=(1.0…1.5) В.
Коефіцієнт потужності каскаду
, (11.12)
де QК - реактивна складова повної потужності, 
; UM - напруга мережі; Im - струм намагнічування АД.
Програма роботи
1. Записати паспортні дані машини, які входять в експериментальну установку, та підібрати апаратуру, вимірювальні прилади і реостати.
2. Зібрати схему установки згідно рис. 11.1.
3. Узгодити напрямок е.р.с. машини постійного струму і випрямленої напруги ротора асинхронного двигуна.
4. Для декількох (3...5) значень струму збудження машини постійного струму від Із.мпс=0 до Із.мпс=Із.н зняти швидкісні характеристики каскаду 
, 
.
5. Розрахувати значення МАД, ММПС, МК, hК, cosjК.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 867; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!