Файл: Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие.pdf

скорость вращения двигателя. Изменение же скорости вращения двигателя постоянного тока вызывает изменение частоты напря­ жения на зажимах генератора:

р — число пар полюсов генератора.

Таким образом происходит изменение частоты питающего напряжения асинхронных двигателей АД1; АД2, АД3. При этом величина напряжения на зажимах приводных асинхронных дви­ гателей изменяется путем изменения величины сопротивления в цепи обмотки возбуждения синхронного генератора СГ.

Имеются и другие типы электромашинных преобразователей частоты с использованием как обычных, так и специальных элек­ трических машин.

Для обеспечения неизменной перегрузочной способности асин­ хронного двигателя, достаточной жесткости и коэффициента мощ­ ности механических характеристик во всем диапазоне регулиро­ вания скорости максимальный момент двигателя поддерживается

где с — соответствующая константа.

88

Для асинхронного электродвигателя уравнение электрического равновесия цепи обмотки статора имеет вид:

Пренебрегая падением напряжения в обмотке статора имеем:

t/t « = К/,Ф , (3,16)

где К = 4,44W,— соответствующая постоянная; Wi — число витков обмотки статора.

Таким образом,для обеспечения постоянства магнитного пото­

Соотношение (3,17) показывает, что при частотном регулиро­ вании (при М„ = Мн = const) при изменении частоты во столько же раз нужно изменить и величину питающего напряжения.

При другом характере изменения момента М„ от скорости вращения получается другое соотношение между напряжением и частотой, которое необходимо поддерживать постоянным. Так при вентиляторной нагрузке на валу двигателя это соотношение имеет вид:

На рис. 3,18 приведено семейство механических характеристик при частотном регулировании, из которых видно, что при частот­ ном регулировании изменяется скорость вращающегося поля. При этом для каждой частоты имеется совершенно определенная скорость поля.

В этом случае механические характеристики оказываются дос­ таточно жесткими при практически неизменном максимальном моменте при изменении частоты в относительно небольших пре­ делах. Как видно из приведенных на рис. 3,18 механических ха­ рактеристик при значительном изменении частоты выполнение

соотношения ~J~= const уже не обеспечивает сохранение посто­

янства максимального момента двигателя и жесткости механи­ ческих характеристик из-за уменьшения магнитного потока дви-

89

гателя вследствие влияния активного сопротивления обмотки статора при низких частотах.

Рис. 3-18. Механические характе­ ристики асинхронного электродви­ гателя при частотном регулиро­ вании

Частотное регулирование скорости вращения асинхронного

Vi

двигателя изменением частоты при выполнении условия — =

/ 1

= const не обеспечивает во всем диапазоне изменения частоты высокого коэффициента полезного действия и других показателей частотного регулирования.

Наряду с электромашинными преобразователями частоты, в настоящее время широко используются электронно-ионные и полупроводниковые преобразователи. Преобразователи, осно­ ванные на использовании полупроводниковых, в том числе уп­ равляемых вентилей, являются наиболее перспективными.

Импульсный метод регулирования скорости вращения находит применение как для двигателей постоянного, так и переменного тока, в частности асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Импульсное регулирование скорости асинхронных двигателей достигается периодическим подключением к источнику питания обмотки статора и последующим ее отключением от этого источ­ ника. На рис. 3,19 приведена одна из возможных принципиальных схем импульсного управления асинхронным короткозамкнутым двигателем.

Механические характеристики, соответствующие рассматри­ ваемой схеме регулирования, приведены на рис. 3,20. Как видно

90

А В С

короткозамкнутым

электродвигателем

из этого рисунка, при импульсном регулировании механические характеристики имеют меньший максимальный и пусковой момент. Регулирование скорости при этом осуществляется вниз от основной скорости.

Семейство регулировочных характеристик расположено между основной характеристикой, соответствующей ПР„ = 1,0, и ха­ рактеристикой, совпадающей с осью ординат (ПРа = 0).

На ряду с рассмотренной выше схемой импульсного управле­ ния короткозамкнутым асинхронным двигателем имеются и дру­ гие, более сложные схемы, в частности, с постоянно включенными в фазы статора дополнительными сопротивлениями, которые периодически шунтируются и расшунтируются контактором (рис. 3,19, пунктир). При этом регулировочные характеристики получаются с достаточно широким диапазоном изменения ско­ рости.

Следует заметить, однако, что рассмотренные схемы импульс­ ного регулирования обеспечивают сравнительно широкий диа­ пазон изменения скорости лишь в замкнутых системах управле­ ния с применением обратных связей, обеспечивающих поддержа­ ние скоростей вращения на заданном уровне.

91

Регулирование скорости вращения с помощью электромагнит­ ной муфты скольжения находит применение для изменения ско­ рости рабочей машины при неизменном числе оборотов привод­ ного двигателя. Для этого между электродвигателем и рабочей машиной устанавливается электромагнитная муфта скольжения

(рис. 3,21).

гч».

Муфта состоит из двух частей: ведущей 1, расположенной на валу двигателя, и ведомой — 2, закрепленной на валу рабочей машины. Обмотка электромагнита муфты получает питание от источника постоянного тока.

При вращении электродвигателя приходит во вращение веду­ щая часть муфты вместе с электромагнитом со скоростью пх. Вращающееся магнитное поле, создаваемое электромагнитом при его вращении, увлекает за собой ведомую часть муфты, ко­ торая будет при этом вращаться со скоростью и2, определяемой

Величина скольжения s в данном случае зависит от величины тока возбуждения обмотки электромагнита. Подобная асинхрон­ ная муфта скольжения по своему принципу действия напоминает

92

асинхронный двигатель, хотя в последнем вращающееся магнит­ ное поле создается трехфазным переменным током при питании трехфазной обмотки статора.

Глава I V

НАГРЕВ ЭЛЕКТРИ ЧЕСКИ Х МАШИН

§ 1. Общие сведения по нагреву и охлаждению электрических машин

При работе электродвигателей, приводящих в действие рабо­ чие машины и механизмы, вследствие потерь мощности, неиз­ бежно возникающих в них в процессе преобразования электричес­ кой энергии в механическую, происходит взаимное нагревание отдельных его частей. В результате этого части электрической машины начинают нагреваться. Наиболее чувствительной к нагреву частью электрической машины являются обмотки, изоля­ ция которых при недопустимом нагреве быстро изнашивается.

Нагрев является основным фактором, определяющим допус­ тимые условия работы электродвигателя в отношении нагрузки и степени использования заложенных в него активных материа­ лов. Наибольшая допустимая температура изоляции и опреде­ ляет предельный допустимый нагрев электродвигателя в целом. При этом даже незначительное превышение температуры, хотя бы в одной точке электродвигателя над максимально допустимой для данного класса изоляции температурой может привести к ее нарушению и последующему выходу электродвигателя из строя. Наибольшая допустимая температура зависит от качества изоля­ ции обмоток. Более нагревостойкие изоляционные материалы позволяют при тех же размерах электродвигателя снять с его вала большую мощность. В таблице 4,1 приведены основные классы нагревостойкости изоляционных материалов с указанием характеристики изоляционного материала электрических дви­ гателей.

ГОСТ'ом установлены максимальные допустимые температу­ ры нагрева для каждого из классов изоляции. При этом превыше­ ние максимально допустимых температур ведет к несвоевремен­ ному разрушению изоляционного слоя обмоток и, как следствие этого, к значительному сокращению срока службы электродвига­ теля. Достаточно указать, например, что для электрических ма­ шин с изоляцией класса А при работе с температурой обмоток равной предельной допустимой температуре 105° С, срок служ­

93

бы составляет 15—20 лет. При повышении температуры обмо­ ток до 150° С срок службы электрической машины с изоляцией того же класса снижается до 1,5 месяцев, а при работе с темпера­ турой обмоток 200° С этот срок снижается уже до 3 часов.

Важно отметить, что для сердечников из стали и других час­ тей электрических машин ГОСТ'ом также нормируются предель­ ные допустимые температуры в зависимости от принятого класса изоляции. Так например для изоляции класса А наибольшая тем­ пература сердечников и других частей электрической машины, соприкасающихся с обмотками, не должна превышать значе­ ния 65° С. Контактные кольца, соответственно, не должны иметь температуру выше 70° С, а коллекторы — не более 65° С. Для изоляции класса В указанные предельные значения температуры соответственно имеют значения 85, 90 и 85° С.

Таким образом, максимально допустимые пределы нагрева электродвигателей определяются теплостойкостью использован­ ных для их изоляционных материалов. Предельные допустимые температуры, приведенные выше для различных классов изоля­ ционных материалов в табл. 4,1 соответствуют средней темпера­ туре окружающей (охлаждающей) среды, принятой равной +40° С при работе электродвигателя при номинальной мощности, ука­ занной в паспорте (каталоге), или на щитке машины.

Нагрев электродвигателя зависит от температуры окружающей среды, в которой он работает. При этом ясно, что с увеличением температуры окружающей среды мощность, снимаемая с вала электродвигателя, должна снижаться, а при уменьшении этой температуры соответственно может увеличиваться по сравнению

сноминальной его мощностью.

Всоответствии с таблицей 4,1 устанавливаются допустимые перегревы обмоток или отдельных частей машины. Под допусти­ мым пределом обмотки (отдельной части) машины понимается разность между максимальной допустимой температурой изоля­ ции данного класса и температурой окружающей среды:

где тд — максимальная допустимая температура изоляции дан­ ного класса или, соответственно данной части машины;

т0 — температура окружающей среды.

Мощность электрической машины, указанная на щитке, соот­ ветствует стандартной температуре окружающей среды, рав­ ной 40° С.

94