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.