Файл: Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 232
Скачиваний: 2
вода механизмов, мощность которых с изменением ско рости остается постоянной.
Ослабление потока может использоваться также й для двигателей постоянного тока с последовательным воз буждением. С этой целью параллельно обмотке возбужде ния включается шунтирующий реостат Rm, как пока зано на рис. 4-35. Для приведенной схемы в соответствии с законами Кирхгофа можно записать следующие уравне ния:
и й— /сф (/в) CO—f-R rI r -f"
R J r —RuiRu'i
I r — I r-\- Im-
Отсюда |
|
|
|
h |
R« |
|
|
Ro+ Rm1*’ |
|||
|
|||
Ur. |
r> I |
RBRm |
|
n R~ |
■ДвЧ~Дц |
||
CO= |
кФ (/в) |
||
|
Для построения скоростных и механических харак теристик можно задаваться значениями / я или 1В. Расчет удобно свести в таблицу следующего вида:
'в Ьф ('в) М = М>(ГВ)1Я |
(0 |
Скоростные и механические характеристики для ряда значений i?m показаны на рис. 4-36. В данном случае, как и для двигателей с независимым возбуждением, при
ослаблении |
магнитного потока |
с уменьшением |
Rm при |
М = const |
скорость растет до |
определенного |
предела, |
а затем начинает снижаться, т. е. этот способ можно ис пользовать для регулирования скорости выше основной в ограниченном диапазоне изменения момента нагрузки. Со снижением Rm падает модуль жесткости механических характеристик, что также ограничивает пределы регули рования.
201
Рис. 4-36. Скоростные (а) н механи ческие (б) характеристики двигателя последовательного возбуждения при
шунтировании |
обмотка возбужде |
|
ния; |
Rm |
R m,,. |
202
4-6. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЕМ ЧИСЛА ПАР ПОЛЮСОВ
Этот способ используется для регулирования скорости асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Его принцип следует непосредственно из выражения (2-47) для синхронной угловой скорости
со0 = 2nf-Jp.
Изменение числа пар полюсов р производится путем переключения обмотки статора. При этом число пар по-
р = 2 |
р = 1 |
N
а) |
6) |
Рис. 4-37. К принципу изменения числа пар полюсов об мотки статора асинхронного двигателя.
люсов короткозамкнутого ротора изменяется автомати чески. Так как р может быть только целым числом, то данный способ обеспечивает ступенчатое регулирование скорости.
Для изменения числа пар полюсов необходимо, чтобы в пазы статора были уложены независимые обмотки
сразличными значениями р либо при одной обмотке ста тора имелась бы возможность изменения ее схемы соедине ний. В первом случае заметно увеличиваются габариты и массы двигателей, но при этом возможно практически любое соотношение чисел пар полюсов обмоток. Как пра вило, такие двигатели выполняются с двумя обмотками
ссоотношением чисел пар полюсов от 3 :1 до 12 : 1.
Возможность изменения р при изменении схемы сое динения секций обмотки статора иллюстрируется схе
203
мами и диаграммами и. с., представленными на рис. 4-37. Стрелками отмечены направления токов в обмотках для
того момента времени, когда мгновенное |
значение |
тока |
||||||
|
|
в фазе А равно амплитудному |
||||||
|
|
значению, а токи |
в фазцх В |
|||||
|
|
и С равны |
половине тока в |
|||||
|
|
фазе |
А |
и |
противоположны |
|||
|
|
ему по направлению. Этим |
||||||
|
|
же значениям токов соответ |
||||||
|
|
ствуют и диаграммы и. с. |
||||||
|
|
обмоток. |
С целью упрощения |
|||||
|
|
на рис. 4-37, а показана про |
||||||
|
|
стая |
однослойная |
обмотка с |
||||
|
|
числом полюсов 2р — 4. Каж |
||||||
|
|
дая фаза обмотки статора со-, |
||||||
|
|
стоит из двух секций, соеди |
||||||
|
|
ненных между собой после |
||||||
|
|
довательно и согласно. При |
||||||
|
|
этом одной секции соответ |
||||||
|
|
ствует одна пара полюсов. |
||||||
|
|
Если.же токи в двух секциях |
||||||
|
|
одной фазы |
|
направлены не |
||||
|
|
согласно, а встречно, как это |
||||||
|
|
показано па рис. 4-37, б, то в |
||||||
|
|
этом случае число пар полю |
||||||
|
|
сов уменьшается вдвое, соот |
||||||
|
|
ветственно |
синхронная |
ско |
||||
|
|
рость |
возрастает |
в 2 |
раза. |
|||
|
|
Переход к схеме включе |
||||||
Рпс. 4-38. Принципиальные |
ния с меньшим числом пар по |
|||||||
люсов возможен как при по |
||||||||
схемы включения секций одной |
следовательном (рис. 4-38, б), |
|||||||
фазы обмотки статора, обес |
||||||||
печивающие |
нзыепенне числа |
так |
и |
при |
параллельном |
|||
пар |
полюсов. |
(рис. |
4-38, в) |
включении но- |
||||
|
|
луобмоток. |
В обоих |
слу- |
чаях синхронная угловая скорость одинакова, однако условия работы двигателя и его характеристики различпы.
Для анализа свойств |
двухскоростного |
асинхронного |
||
двигателя введем следующие обозначения: |
|
последова |
||
pi — число пар полюсов при |
||||
тельно-согласном соединении |
сек |
|||
ций |
обмотки статора |
по |
схеме |
на |
рис. 4-38, а; |
|
|
|
204
pn — число пар полюсов при встречном соединении секций обмотки статора по схемам на рис. 4-38, б или в; из приведенных выше соображений сле дует, что pi = 2рп ;
R |
хс» |
1 |
До |
|
Жп'с — активное и индуктивное |
сопротивле |
||
|
^ |
C) 2Ci |
|
ния секции обмотки статора и ротора |
||||
|
|
|
|
|
|
(последние приведены к обмотке ста |
||
|
|
|
|
|
|
тора); |
|
|
|
|
|
©Oil |
©Oil |
значения синхронной угловой |
ско |
||
|
|
|
|
|
|
рости, соответствующие |
pi и |
рц; |
|
|
|
|
|
|
очевидно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
©он = 2co0i. |
|
(4-36) |
Учитывая, что допустимый ток в секции обмотки ста тора / 1доп = / 1Ностается неизменным при переключении числа пар полюсов, можно записать:
для схемы рис. 4-38, а
|
|
Дгдоп — 3U Jin COS фх; |
(4-37а) |
для |
схемы рис. |
4-38, б |
|
|
Дщдоп = 3U11щ cos фщ; |
(4-376) |
|
для |
схемы рис. |
4-38, в |
|
|
■Дц-2доп — 3£/12/]Ыcos фцо. |
(4-37в) |
Из полученных выражений следует, что при переходе от схемы рис. 4-38, а к последовательному соединению встречно включенных секций по схеме рис. 4-38, б- допу стимая мощность на валу двигателя Остается неизменной Дгдоп = Дщдоп (cos фх cos фц^, тогда как при переходе к параллельному соединению встречно включенных сек ций по схеме рис. 4-38, в эта мощность практически удваи вается Р п 2доп » 2Р1Д0П(cos фц2 яа cos Ф1). При этом с учетом (4-36) следует, что допустимый момент на валу двигателя Млоп т РП0п/щ в первом случае с увеличением скорости уменьшается вдвое
Мп-1ДОП ' ~ м Тдоп1
а во втором случае остается неизменным
М 112ДОП ^ 7^1Д О П -
205
Таким образом, в случае уменьшения числа пар полю сов соответственно при увеличении скорости н при после довательном соединении секций регулирование скорости осуществляется с постоянной допустимой мощностью ыа валу двигателя (рис. 4-39, а), а при параллельном сое динении секций имеет место регулирование с постоян ным допустимым моментом (рис. 4-39, б).
Рис. 4-39. Механические характеристики асинхронного двигателя при регулиро вании скорости изменением числа пар полюсов путем переключения обмотки статора в случае перехода от согласиопоследовательпого включения секций cool к встречно-последовательному (а)
ивстречно-параллельному включе
нию (б).
При последовательном соединении секций независимо от числа пар полюсов значения сопротивлений в схеме замещения двигателя остаются неизменными. Отсюда следует, что не меняется критическое скольжение, т. е. Ski = Skiii, а критический момент, определяемый выраже нием (2-54), в силу изменения синхронной скорости сни жается в 2 раза при переходе к встречному включению последовательно соединенных секций (см. рис. 4-39, а). Из данного положения, в свою очередь, может быть сде лан вывод о том, что в рассматриваемом случае при регу лировании угловой скорости сохраняется одинаковая
206
перегрузочная способность |
двигателя |
||
Мк1 |
М H i l l |
Ящ. |
|
^ГЦОП |
М 111ДОП |
||
|
При параллельном соединении секций изменяются параметры схемы замещения. Действительно, при после
довательном |
соединении |
секций |
— 2R1C\ |
хк\ — |
= 2 (ж1С +• х'2С) — 2жк.с; R'ii |
= 2R2C, |
а при параллельном |
||
соединении |
./Дна = R^/2] |
^кНа ” |
-^2112 ” |
-^Дс/2. |
Подстановка полученных значений параметров схемы замещения в (2-53) показывает, что критическое скольже ние остается неизменным и равным
R2с |
|
Sl(Il2 = Ski = |
|
У^1с + 4.< |
|
Подстановка тех же величин в (2-54) дает: |
|
М„т = ________ЗЩ__________ |
(4-38а) |
/*\i(nlc± V Ric+*\cY |
|
м кПа __________ щ _________ |
(4-386) |
2 _ сооП(Л1С±1/Лус+ ^ , с)' |
|
Так как а>0ц = 2co0i, то из полученных выражений следует:
Мкп2 = 2МК1-
В рассматриваемом случае допустимый момент ос тается неизменным, в связи с чем полученное соотноше ние позволяет сделать вывод об увеличении вдвое пере грузочной способности двигателя при увеличении его скорости за счет параллельного соединения встречно включенных секций обмотки статора (см. рис. 4-39, б).
Наибольшее применение получили схемы переключе ния обмоток статора, приведенные на рис. 4-40. В схеме на рис. 4-40, а обмотка статора переключается по схеме звезда — двойная звезда, что соответствует переключе ниям по схемам рис. 4-38, а и в, т. е. регулированию ско рости с постоянным моментом. Механические характери стики этой схемы приведены на рис. 4-39, б. В схеме рис. 4-40, б переход от согласно-последовательного со единения секций в схеме треугольника к встречно-парал лельному их соединению в схеме двойной звезды связан
с уменьшением в У 3 раз напряжения, приложенного
207
к фазе обмотки статора. Если принять, как и раньше, фазное напряжение питающей сети равным 17г, то для схемы треугольника напряжение, приложенное к фазе
Рис. 4-40. Распространенные схемы переключения обмоток ста тора для изменения числа пар полюсов.
а — звезда — двойная звезда; б — треугольник — двойная звезда.
двигателя, равно U -^Z. При этом допустимая мощность в соответствии с (4-37а) '
Р Ддоп = 31/3 U-yl-yц COS ф д ,
тогда как в, схеме двойной звезды она выражается в соот ветствии с (4-37в) как
ААдоп — 3U]2/1Hcos Фаа-
208
Тогда |
/ 3 |
_соз_фд |
|
РДдоп |
|
||
2 |
cos |
-ААдоп- |
В связи с увеличением напряжения, приложенного к секции обмотки статора при включении по схеме двой ной звезды, увеличивается и ток холостого хода секции,
в связи с чем |
cos |
< |
cos срд. Это обстоятельство позво |
ляет считать |
Рддоп ~ |
Рд,д,дои. т. е. в данном случае |
имеет место регулирование скорости при постоянстве до пустимой мощности двигателя.
В этом случае критическое скольжение при переходе от одной схемы соединения секций к другой не изменяется, т. е., как и прежде, вкд = Sk^ , но изменяется соотно шение критических моментов. Действительно, для со единения по схеме двойной звезды критический момент определяется по (4-386), т. е. Мкаа = -Л^ки-г, ч'огда как для соединения по схеме треугольника значение напря
жения в (4-38а) следует увеличить в ]/3 |
раз, т. е. |
|
•ЛД;Д |
3(^3 Uг)2 |
(4-38в) |
|
||
|
4соо1 ( Й 1С + ]'/ -й !с + !Вк.с) |
|
Тогда с учетом соотношения со0ц = |
2co0i |
М кла/М ь-д = ^ •
Отсюда следует, что увеличение скорости в 2 раза при переключении обмотки статора по схемам треуголь ник — двойная звезда связано с увеличением перегру зочной способности двигателя. Действительно, так как
ИЗ условия Р Ддоп ~ -^ААдоп |
следует |
■^ААдоы ?“ -^Ддоп/2, |
||||
то |
|
. 4 |
Л/КД |
4 |
|
|
\ , , — "кАА - |
Ал |
|||||
— - |
||||||
ЛАА |
•^ААДоп |
^ |
^Ддоп |
3 |
Лд' |
Механические характеристики двигателя при пере ключении обмоток статора по схемам треугольник — двойная звезда показаны на рис. 4-41.
Переключение обмоток статора двигателей с целью изменения числа пар полюсов осуществляется с помощью специальных переключателей при мощпости двигателей до 18—20 кВт либо с помощью контакторов. На рис. 4-42 показаны схемы включения главных контактов контак торов, переключающих обмотку статора по схемам А —
209