Файл: Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие.pdf

позволяет осуществлять рекуперацшо энергии во встре­

= со0 (1 — srp) в энергетическом отношении асинхронная машина работает в режиме динамического торможения, так как механическая энергия, передаваемая на вал машины и преобразуемая в электрическую, в сеть не возвращается, а рассеивается в виде потерь электрических цепей машины. Если же угловая скорость больше. согр или s < srp — см. зоны Н х и Н г на круговой диаграмме рис. 2-42, то асинхронная машина работает в режиме противовключения. Действительно, в этом случае актив­ ные составляющие векторов токов / х и /£ положительны, т. е. из сети потребляется активная энергия, которая вместе с преобразованной механической выделяется в виде потерь электрических цепей машины.

Механические характеристики в режиме рекуператив­ ного торможения являются продолжением характеристик двигательного режима (см. рис. 2-36 и 2-37). Следует отметить, что максимальное значение момента в генера­ торном режиме оказывается большим, чем в двигатель­ ном, причем это отличие тем больше, чем больше относи­ тельная величина активного сопротивления статора. Ис­

где М к.г и М„.д — максимальные или критические значе­ ния момента двигателя соответственно в генераторном и двигательном режимах.

Такое соотношение моментов объясняется тем, что при одном и том же абсолютном значении скольжения,

в частности при | sK.r I = I skk I» ток I 2. в генераторном режиме всегда больше, чем в двигательном (см. рис. 2-40).

Отмеченное здесь обстоятельство, что | М к г | > | М к'л |, обусловливает также и большее абсолютное значение жесткости рабочего участка механической характеристики в режиме рекуперативного торможения по сравнению с двигательным режимом.

Коэффициент полезного действия асинхронной машины

101

Из полученного выражения видно, что при s = =Srp К. п. Д. Г|г (srp) = 0.

Сопоставление значения т]г по (2-68а) с % по (2-68) показывает, что т|д > г|г при работе с одним и тем же абсолютным скольжением. Коэффициент мощности ротора при работе двигателя с отрицательным скольжением нес­ колько меньше, чем при работе с таким же по величине положительным скольжением.

А В С

0 0 0

При работе двигателя в режиме рекуперации не следует включать в цепи его обмоток дополпительпые сопротив­ ления, так как это приведет к увеличению потерь и как следствие к снижению к. п. д. В частности, включение последовательно с обмоткой ротора сопротивлений i?2n при одном и том же тормозном моменте приведет к росту абсолютного значения скольжения и в соответствии с (2-68а) — к сииячвишо г|г.

Условия существования режима противовключения асинхронного двигателя следующие: ротор двигателя под действием активного момента, приложенного к его валу, должен вращаться в направлении, противоположном на­ правлению вращения поля статора. Для изменения иаправ-

102

ления вращения поля достаточно изменить последова­ тельность чередования фаз на зажимах обмотки статора, как показано на рис. 2-45. При включении контактора В на зажимах обмотки статора С1, С2, Со действует такая последовательность фаз сети: А — В — С, а при вклю­ чении контактора Н для тех же зажимов статора последо­ вательность фаз напряжения -сети изменяется и станет следующей: В — А — С.

Обратим внимание на то обстоятельство, что при противовключении двигатель работает с большим сколь­ жением в соответствии с условием s > 1. Действительно, если учесть в формуле s — (со0 — со)/со0, что в режиме противовключении направление скорости двигателя про­ тивоположно направлению магнитного поля, то эту фор­ мулу можно представить в виде

„ = ш0-(-1со1) = COq+ I со | ^

СОр (Dp

Если не принять дополнительных мер, то токи в об­ мотках двигателя могут значительно превышать поминаль­ ные значения, а кроме того, тормозной момент на естест­ венной характеристике при больших s заметно снижается в соответствии с кривой 1 на рис. 2-46, что уменьшает эффективность торможения. Наконец, заметно умень­ шается коэффициент мощности двигателя. О к. п. д. в данном случае говорить не приходится, так как и преоб­ разуемая в электрическую механическая энергия и энер­ гия, потребляемая из сети, рассеиваются па активных сопротивлениях цепи ротора Д2 и /?2П и полезно исполь­ зуемой энергии в данном случае нет. Таким образом, работа асинхронного двигателя в режиме противовключеиия на естественной характеристике оказывается, как правило, неблагоприятной.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором реально осуществить режим противовключения при иных условиях практически невозможно. В связи с этим в данном случае приходится мириться с кратковременными перегрузками его обмоток по току, которые могут в 7—8 раз превышать соответствующие номинальные токи. Вместе с тем следует отметить, что перечисленные выше неблагоприятные фак­ торы для двигателей с короткозамкнутым ротором не­ сколько смягчаются, так как при больших значениях скольжения (s> 1) вследствие явления вытеснения тока заметно возрастает активное сопротивление ротора. Это,

103

-в свою очередь, приводит к уменьшению Г2 и увеличению момента.

Сцелью увеличения эффективности торможения протнвовключеинем двигателей с фазным ротором в цени их роторов на период торможения вводятся добавочные сопротивления Л2П, что позволяет ограничить токи в об­ мотках, увеличить момент (см. характеристики 2 и 3 на

рис. 2-46) и улучшить коэффициент мощности.

Добавочное сопротивление в цепи ротора может быть определено по формуле

жесткости механических характеристик. Для двигателей с короткозамкнутым ротором в режиме противовключения жесткость механических характеристик положительна либо близка к нулю. Поэтому для большинства механиз­ мов получить установившийся режим противовключения в этом случае затруднительно.

Для осуществления динамического торможения асин­ хронного двигателя обмотка его статора отключается от сети переменного тока и подключается к источнику по­ стоянного тока. Один из вариантов схемы включения двигателя для динамического торможения с независимым возбуждением показан на рис. 2-47. При включенном контакторе Т и отключенном контакторе Л в обмотке статора протекает постоянный ток, который создает не­ подвижное относительно статора магнитное поле. Вслед­ ствие вращения ротора это поле будет индуктировать в обмотке ротора э. д. с., частота которой пропорциональна

104

угловой скорости. Эта э. д. с., в свою очередь, вызывает появление тока в замкнутом контуре обмотки ротора. Создаваемая током ротора и. с. вращается относительно ротора, но неподвижна относительно статора. Таким обра­ зом, неподвижное магнитное поле асинхронного двига­ теля в режиме динамического торможения, равпо как и в других режимах, обусловлено суммой н. с. обмоток статора и ротора. Взаимодействие тока ротора с непод­ вижным магнитным полем приводит к возникновению тормозного момента. При этом механическая энергия, поступающая на вал двигателя, преобразуется в элек­ трическую, а последняя рассеивается в виде тепла в со­ противлениях цепи ротора.

Асинхронный двигатель в режиме динамического тор­ можения представляет собой синхронный генератор с неявно выраженными полюсами, работающий при пере­ менной частоте. Его нагрузкой являются сопротивления цепи ротора.

Однако для анализа режима динамического торможе­ ния целесообразно рассматривать его как своеобразный режим асинхронной машины при питании обмотки статора от источника переменного тока. Для такого подхода к анализу режима динамического торможения существуют определенные предпосылки. Обмотка статора при подклю­ чении к источнику постоянного тока создает неподвижную в пространстве н. с. с синусоидальным распределением ее вдоль воздушного зазора, если пренебречь высшими гар­ моническими составляющими. Амплитуда этой н. с. опре­ деляется не только постоянным током и числом витков 'обмотки статора, но п схемой соединения фаз обмотки статора. На рис. 2-48 показаны наиболее часто исполь­ зуемые схемы подключения обмоток статора к источнику постоянного тока. Отметим, что приведенными схемами включения обмотки статора асинхронного двигателя при динамическом торможении не исчерпывается возможное их многообразие. Для реализации других вариантов необходимо производить дополнительные переключения, что значительно усложняет схему и увеличивает число коммутирующих аппаратов. Наиболее просто реализу­ ются схемы, изображенные на рис. 2-48, а я в. Для созда­ ния схем рис. 2-48, б' и г, как правило, не требуется использование дополнительных аппаратов, так как тормозной контактор Т на рис. 2-47 может быть выбран трехполюсным с использованием третьего силового коп-

105

такта для замыкания зажимов Ъс, показанных на рис. 2-48, б и г.

Фазные обмотки асинхронного двигателя сдвинуты относительно друг друга вдоль окружности статора на 120°, в связи с чем для определения результирующей н. с. статора необходимо векторное суммирование н. с., создаваемых фазными обмотками. На рис. 2-48 построены векторные диаграммы и. с. для каждой из приведенных схем включепия. Там же указаны значения суммарной н. с. Fn, создаваемой постоянным током.

Рас. 2-48. Схемы подключения обмотка статора к псточпику постояциого тока и режиме динамического торможения и соответствующие им векторные диаграммы намагничивающих сил.

Такая же и. с. может быть создана некоторым идеали­ зированным статором, по обмоткам, которого проходит симметричный трехфазный переменный ток с частотой / х, но при этом сам идеализированный статор вращается в пространстве со скоростью и0 = 2лf j p в направлении, обратном направлению вращения поля. При этих условиях абсолютная угловая скорость магнитного поля рассма­ триваемого идеализированного статора оказывается рав­ ной нулю, как и в реальной машине. Следует также обратить внимание на то, что в реальной машине постоян­ ный ток обмотки статора не зависит от режима ее работы, а определяется только напряжением источника постоян­ ного тока и активным сопротивлением обмотки статора. В связи с этим при переходе к идеализированному ста­ тору следует считать, что он получает питание не от источника напряжения, а от симметричного источника

106