Файл: Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие.pdf

Из этого выражения видно, что момент двигателя при

что при одном и том же значении / |И а значит, и М сколь­ жение тем больше, чем больше сопротивление цепи ро­ тора. Наконец, из (2-87) следует, что зависимость момента от тока намагничивания имеет максимум, поскольку при предельных значениях тока намагничивания (Д, = / эьв

механических характеристик асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения, по­ казан па рис. 2-53. Расчет этих характеристик с учетом насыщения производится по формуле (2-49) после построе­ ния скоростных характеристик.

Расчет механических и скоростных характеристик асинхронного двигателя в режиме динамического тормо­ жения существенно упрощается, если можно не считаться с насыщением магнитной системы двигателя, когда хй = = const. Это допущение справедливо при / экв* ^ 0,4 -г- 0,5. Для рассматриваемого случая из (2-49) и (2-84) может быть получено выражение механической характе­ ристики, совпадающее по виду с упрощенной формулой

(2-55а):

112

где Мд.т. к — Ахаксиыальный или критический момент при

динамическом торможении

3 (я-'цо^экв)2

критическое скольжение в режиме динамического тормо­ жения значительно меньше, чем в нормальной схеме

росту момента в зоне высоких скольжений, когда в ре­ зультате действия реакции ротора магнитная система двигателя не насыщена. При малых скольжениях уве­ личение / Экв приводит к меньшему росту момента, в част­ ности максимального момента. Вместе с тем с ростом / экв увеличивается значение sn' т 1(, так как по мере насыще­ ния двигателя уменьшается величина хя.

Для осуществления режима динамического торможе­ ния асинхронного двигателя с самовозбуждением необ­ ходимо обеспечить опережение вектором намагничиваю­ щего тока вектора наводимой в двигателе э. д. с. Такое

соотношение между фазами векторов Е1 .и 1Я при отсут­ ствии посторонних источников возбуждения может быть получено в том случае, когда в одну из цепей двигателя включены конденсаторы, в связи с чем рассматриваемый режим часто называют режимом конденсаторного тормо­ жения. Нарис. 2-54 показана схема включения конден­ саторов в цепь обмотки статора. Там же представлена соответствующая схема замещения.

Процесс самовозбуждения асинхронного двигателя про­ исходит аналогично тому, как и машин постоянного тока. Наводимая в обмотке статора под действием остаточпого потока э. д. с. обусловливает опережающий намагни­ чивающий ток, под действием которого увеличивается

113

э. д. с., а значит, н сам ток и т. д. Условия установившегося режима определяются точкой пересечения вольт-ампер- ной характеристики Е (7М) и прямой / xzx (7Х), где zx — сопротивление контура обмотки статора. Однако в дан­ ном случае параметры этого контура являются перемен­ ными, зависящими от частоты процесса самовозбужде­ ния.

Обычно при анализе дппамического торможения с са­ мовозбуждением используются параметры двигателя, со­ ответствующие номинальной частоте сети /1Н= 50 Гц. С целью учета изменения частоты вводится ее относитель­ ная величина /х* = /Х//Х11 = /х/50.

двигателя, предусматривающая режим ди­ намического торможения с самовозбужде­ нием (а) и соответствующая схема замеще­ ния (б).

Условия самовозбуждения находятся из анализа схемы замещения на рис. 2-54. При этом следует иметь в виду, что реактивные сопротивления схемы зависят от частоты самовозбуждения, которые определяются для заданного двигателя его угловой скоростью и емкостью конденса­ торов.

Условие начала самовозбуждения может быть запи­ сано следующим образом:

Ех— zx7x

114

или

где Дг* — относительная частота, соответствующая на­ чалу самовозбуждения.

Полагая, что в начале самовозбуждения I %« 0, т. е.

Если пренебречь падением напряжения на сопротив­ лениях обмотки статора, то из (2-91) условие начала само­ возбуждения определится как равенство реактивных со­ противлений контура намагничивания и конденсаторов

т. е. аналогично условию для машины постоянного тока сопротивление контура возбуждения должно быть равно критическому

Отсюда

1

ЗМСгЕцо '

Учитывая, что в начале самовозбуждения s = О, находим угловую скорость ротора, соответствующую этому режиму:

и токи машины. В этих условиях она работает генерато­ ром, причем энергия, поступающая с вала, преобразуется

•115

в электрическую и выделяется в виде тепла в сопротивле­ ниях цепи'ротора.

Увеличение скорости вначале приводит к возраста­ нию намагничивающего тока, а следовательно, и э. д. с. Ev Для иллюстрации этого явления на рис. 2-55 пока­ заны векторные диаграммы, соответствующие различным значениям угловой скорости ротора. С увеличением ско­ рости, а значит и частоты в результате увеличения ин­ дуктивных сопротивлений и снижения емкостного со­ противления векторы токов статора и ротора будут по­

Рис. 2-55. Векторные диаграммы асинхронного двигателя, работа­ ющего в режиме динамического торможения с самовозбуждением.

а — в начале самовозбуждения при ш = шщ; б — при < ш < иц; в — при

ев = со 11.

часовой стрелки из положения, совпадающего с Е'ч. Оче­

это означает, что вся реактивная мощность, генерируе­ мая конденсаторами, «потребляется» индуктивностями рас­ сеяния, точнее говоря, имеет место обмен реактивной энергией между конденсаторами и индуктивными полями рассеяния. При этом основной контур намагничивания в этом обмене энергией участия не принимает, что и при­ водит к прекращению самовозбуждения.

116

В соответствии с изложенным верхняя граница ско­ рости при самовозбуждении может быть определена из следующих соотношений:

/1п* (#1+#2) = т~ ~ ; Ь§'Ф1 = Ь§Ф2-

МП*

Из первого условия следует

/ш* = V l k = V Ш с ^

и соответственно

Второе условие можно записать в виде

Здесь Дц* и srp — относительная частота и скольжение, при которых прекращается самовоз­ буждение.

Подставляя в последнее уравнение значение Дп*, находим:

Из этого выражения следует, что верхняя граница скольжения, соответствующая существованию генератор­ ного режима при самовозбуждении, такая же, как и при работе двигателя от источника напряжения [см. (2-74)].

Таким образом, максимальная угловая скорость ро­ тора, при которой еще возможен режим самовозбужде­ ния, определяется следующим образом:

о том, что с увеличением емкости конденсаторов зона действия динамического торможения с самовозбуждением перемещается в область низких скоростей. Ширина этой

117

больше ft>n/ci)0i, т. е. шире зона действия конденсатор­ ного торможеппя.

Следует подчеркнуть, что' изменение емкости конден­ саторов приводит не только к «сдвпгу» зоны торможения, по и к изменению максимальных значений тока и момента. На рис. 2-5(3 показаны механические характеристики асинхронного двигателя при конденсаторном торможе­ нии. С увеличением емкости снижаются скорости и рас­ тет максимальный тормозной момент двигателя.

В ряде установок асинхронная машина подключается со стороны статора и ротора к источникам питания раз­ личной частоты. Работа асинхронной машины в этом случае отличается от работы при обычном включении в сеть одной частоты и требует дополнительного изуче­ ния. Напомним, что основным условием нормальной ра­ боты асиихронпой машины является неподвижное поло­ жение н. с. обмоток статора и ротора относительно друг друга, т. е. равенство абсолютных скоростей вращения указанных и. с.

На рис. 2-57, а приведена схема асинхронной машины двойного питания. Энергия к обмоткам статора и ротора подводится от различных источников с частотами, рав­ ными соответственно /, и /2. Магнитный поток, обуслов­ ленный н. с. обмотки статора, вращается относительно статора с угловой скоростью

С)! = 2яf j p .

118

Магнитный поток обмотки ротора вращается относи­ тельно ротора с угловой скоростью

ОJ22 ~■2я/2/р ,

а абсолютная угловая скорость этого потока для случая, соответствующего одинаковому направлению вращения полей статора и ротора относительно соответствующих обмоток, при этом равна:

со2 = ш + <в22.

В силу равенства абсолютных угловых скоростей и.с. статора и ротора и соответствующих им потоков можно записать:

0)^ = СО2 - СО-|- С022.

Отсюда

На рис. 2-57, б я в приведены диаграммы угловых ско­ ростей н. с., создаваемых обмотками асинхронной ма­ шины, и вала ротора при различных соотношениях ча­ стот источников, питающих статорные и роторные цепи.

Важной особенностью машины двойного питания яв­ ляется то, что она по своей природе становится синхрон­ ной машиной, угловая скорость вращения вала которой определяется разностью частот статорной н роторной це­ пей и не зависит от нагрузки на валу в определенных пределах изменения ее величины.

Энергетические соотношения для машины двойного питания могут быть установлены на основании следующих соотношений:

для мощности цепи статора

119