Лекция №5 Электромеханические и механические характеристики АД. Механические характеристики АД в тормозных режимах

1.1. Характеристики АД при номинальных напряжении и частоте.

 

Характерный вид механической характеристики Ω = f (M) и электромеханической характеристики Ω = f (I) приведен на рис. 1.1. Характеристика тока и момента по скорости.

 

 

Рисунок 1.1. Характерный вид характеристик Ω = f (M) и Ω = f (I) для АД.

 

Характерные точки на характеристике момента:

 

1. Ω = Ω_о, М = 0;

2. Ω =Ω_н, М = М_н;

3. Ω = Ω_к,М = М_т; М_т = 1,8 …2.8 М_н;

4. Ω = 0; М = М_п; М_п = 1.0 …1.3 М_н.

Характерные точки на характеристике тока

 

1. Ω = Ω_о, I=I_μ = (0,3 … 0,4) I_н =I_н;

2. Ω = Ω_н, I = I_н;

3. Ω = 0,5Ω_о, I» (0,8 …0,9) I_н;

4. Ω = 0; I = I_п » (5 …7) I_н.

 

Формула связи между скольжением и скоростью

 

Ω = Ω_о (1 – s) (1.1)

 

Часто пользуются величиной относительной скорости:

 

тогда (1.2)

 

Отсутствие пропорциональности между моментом двигателя и током статора во время пуска объясняется значительным снижением магнитного потока двигателя, а также уменьшением коэффициента мощности вторичной цепи при пуске.

Момент асинхронного двигателя, как и любой электрической машины, пропорционален магнитному потоку Ф и активной составляющей вторичного тока.

, (1.3)

 

где - конструктивный коэффициент;

Ψ₂ – угол сдвига между ЭДС и током ротора;

. (1.4)

На рис. 1.2 изображена схема замещения АД для начального момента пуска (режим КЗ).

 

 

Рисунок 1.2. Схема замещения АД в режиме короткого замыкания.

 

Как видим, пусковой ток находится как

 

,

где - сопротивления КЗ.

ЭДС при пуске

Е_1п = U₁ – I_1п (r₁ + jx₁)» 0,5 U₁

 

Магнитный поток Ф определяется из формулы: Е_1п = 4,44W_э · f · Ф_п,и оказывается примерно вдвое меньше магнитного потока в режиме номинальной нагрузки, или холостого хода. вместо 0,8 …0,9 при номинальном режиме нагрузки.

Итак, формула момента

 

при пуске (t=0) даёт

.

Несмотря на то, что принят равным пятикратному току, момент М_п » М_н.

В случае, если рассматриваются двигатели с увеличенным сопротивлением ротора (глубокопазные и др.), (в их обозначениях появляется буква С или П – повышенный пусковой момент), то их характеристики момента будут иметь три особенности:

1) С увеличением критическое скольжение пропорционально увеличивается ;

2) Максимальный момент М_тах остается неизменным (М_т = const);

3) Пусковой момент увеличивается, а пусковой ток уменьшается.

Если в цепь ротора фазного двигателя ввести сопротивление , то наблюдаются те же три особенности, см. рис. 1.3.

 

Рисунок 1.3. Изменение механических характеристик АД с ФР при увеличении сопротивления

 

1.2. Сравнение характеристик двигателей: обычного и с повышенным

скольжением

 

Сравнение характеристики двигателя для обычного исполнения и с повышенным сопротивлением ротора можно провести, используя соответствующие графики.

Предполагается, что на рис.1.4 изображены двигатели одинаковой мощности и синхронной скорости Ω_о.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.4. Характеристики тока I и момента М двигателей с обычным (1) и повышенным (2) сопротивлением ротора

Двигатели с повышенным сопротивлением , или при подключении r_2п в цепь фазного ротора, имеют хорошие пусковые показатели: увеличенный пусковой момент М_п2 >М_п1, и уменьшенный пусковой ток I_п2 < I_п1. Такой двигатель быстрее разгоняется (сокращается время пуска) и, кроме того, за время разгона имеет меньшие пусковые токи и следовательно, уменьшенную среднюю мощность тепловыделения (что особенно важно для изоляции обмотки статора двигателя).

Однако, в режиме нагрузки при установившемся режиме, двигатель с повышенным сопротивлением (или ) будет иметь и повышенные потери мощности как в роторе, так и в статоре.

Суммарные потери определяются из формулы

номинальное скольжение практически пропорционально ,

так как и от сопротивления не зависят.

При продолжительном режиме работы двигатели с повышенным скольжением оказываются менее экономичными, так как у них низкий КПД и повышенный нагрев обмоток из-за увеличения потерь.

1.3. Механические характеристики АД в тормозных режимах

Режим генераторного или рекуперативного торможения (ГТ).

Возникает при подкрутке двигателя со стороны механизма, например при ускоренном спуске груза. Двигатель реверсируется и далее вращается под действием момента силы тяжести груза. Но при скорости Ω >Ω_о скольжение становится отрицательным, что приводит к изменению знака момента. Момент вместо подкручивания начинает тормозить движение. На рис. 8.5 изображена рабочая точка «а » режима ГТ.

 

Рисунок 2.5.Тормозной режим в точке «а » при рекуперации энергии в сети.

В режиме генераторного торможения двигатель работает как асинхронный генератор, отдавая энергию в сеть, и потребляя реактивную мощность. Максимальный момент М_кг > М_кд.

Режим динамического торможения.

В этом режиме обмотка статора отключается от сети питания и подключается к источнику постоянного напряжения. Постоянный ток, протекая по обмотке статора создает неподвижное магнитное поле, в котором вращается ротор. Относительная скорость ротора по существу определяет собой скольжение, то есть относительную скорость движения стержней ротора в неподвижном магнитном поле.

На рис.2.6 показан переход из режима генерального торможения в режим динамического торможения. Точка «а» занимает место точки синхронной скорости Ω_о.

 

Рисунок 2.6. Переход от точки режима генераторного торможения «а » в точку динамического торможения «б ».

 

Из графиков на рис.2.6 становится понятным название – режим динамического торможения. Действительно, если двигатель был включен на спуск груза и работал в точке «а», то в режиме ГТ осуществлялся очень быстрый спуск со скоростью Ω _{т ген} > Ω_o. При необходимости «посадки» груза на основание, чтобы его не разбить, включается режим динамического торможения, и груз «приземляется» со скоростью Ω_{т дин} » 0, точка «б».

Схемы подключения обмотки статора на пост. напряжение и величина самого напряжения могут быть различными, в том числе, постоянное напряжение может подаваться от сети переменного тока через выпрямитель.

 

 

Режим торможения противовключением

С

В

А

Режим получается изменением направления вращения поля. Достигается изменением подвода напряжения сети к двум любым фазам обмоток статора, см. рис. 2.7

 

 

Рисунок 2.7. Схема реверса двигателя с КЗ ротором.

На схеме фаза «а » двигателя подключена к фазе А сети. С помощью переключателя П при положении I обеспечивается подключение «в » к «В » сети, и «с » к «С ». А в положении II происходит подключение «в » к «С » сети, а «с » к «В » сети. На рис.2.8 показан переход АД в режим реверса, с использованием механических характеристик, для прямого (+М, +W) и обратного (–М, –W) направлений вращения поля.

После переключения фаз двигатель последовательно переходит с рабочей точки «а» в точку «в», где оказывается в режиме торможения противовключением (ТПВ), при скольжении, близком к s»2.0. Происходит быстрое снижение скорости до W=0 в точке «с ».

При необходимости быстро затормозить поднятие груза до остановки, точка «с », нужно просто отключить двигатель от сети. При этом груз будет автоматически взят на эл. магнитный тормоз (как и при исчезновении питания).

Если двигатель не отключить от сети, то происходит разгон в обратном направлении до скорости –W₀ (точка «d »). На интервалах механической характеристики «с - d » имеет место двигательный режим. Так как момент сопротивления М_с = const потенциальный (не меняет направления), то после точки «d » (при W = -W₀) происходит разгон до точки «е» при скорости –W < –W₀ (за счёт подкрутки со стороны груза).

 

 

 

Рисунок 2.8. Переход АД из режима двигателя, точка «а », в режим ТПВ, участок «в – с », разгона в обратном направлении, участок «с – d », и далее, в режим ГТ, участок «d – е ».

В точке «е» АД в режиме рекуперативного торможения (это IV-й квадрант), будет работать с постоянной скоростью, обеспечивая быстрое опускание груза.