Регулирование координат

Диапазон регулирования скорости вращения вала электродвигателя

D = ω_тах/ω_min,

где ω_тах, ω_min – соответственно максимальная и минимальная скорости, рад/с.

Сопротивление регулировочного резистора R_д в цепи якоря ДПТ, определяемое по координатам точки (ω_иi, I_i) или (ω_иi, М_i) реостатной характеристики:

для ДПТ НВ

;

для ДПТ ПВ

.

Скорость вращения якоря ДПТ НВ ω_иi на реостатной характеристике при номинальном значении тока

.

Полное сопротивление короткого замыкания АД

,

где U_н – номинальное линейное напряжение сети, В.

Активное сопротивление короткого замыкания АД

r_к = z_кcosφ_п ,

где cosφ_п – коэффициент мощности АД с короткозамкнутым ротором при пуске двигателя.

Индуктивное сопротивление короткого замыкания АД

.

Активное сопротивление добавочного резистора в цепи статора АД

.

Пропорции для пересчета характеристик

М_е/М_и = U²_н/U²_и = f²_и/f²_н.

Регулирование скорости асинхронных машин может производиться тремя способами.

Первый способ - параметрическое регулирование - связан изменением каких-либо параметров двигателя: активных или активно-индуктивных сопротивлений в цепи статора; активных и активно-индуктивных сопротивлений в цепи ротора; числа полюсов машины [1].

Второй способ осуществляется введением добавочной ЭДС цепи ротора (каскадные установки) или применением специальной дополнительной обмотки для создания добавочной ЭДС (коллекторные машины переменного тока).

Третий способ регулирования скорости связан с изменением параметров источника питания двигателя. Он осуществляется изменением: напряжения питания двигателя; частоты источника питания двигателя; импульсным изменением питания двигателя [1 - 6]. При этом в современной практике используются: частотное регулирование скорости асинхронной машины, при котором управляют частотой и формируют напряжение на статоре; частотно-токовое, при котором управляют частотой и формируют ток статора; векторное управление, при котором регулируют частоту и формируют вектор основного потокосцепления машины.

Эти методы находят большее или меньшее применение на практике, поэтому очень важны общие критерии их оценки.

Для асинхронных машин подведенная из сети мощность может быть представлена (пренебрегая потерями в статоре) в виде

,

где Р_П, Р_М, ∆р - мощность, подведенная из сети, преобразованная в механическую работу и потери соответственно; М — электромагнитный момент.

Таким образом, для любого способа регулирования скорости важен характер зависимости Мс = f(ω) и величина скольжения s.

Отметим, что многие из перечисленных схем ранее рассматривались с позиции ограничения пускового тока. Поскольку процессы пуска двигателей кратковременны, то потери энергии в этих режимах, как правило, несущественны. Режимы же регулирования скорости связаны с длительным отклонением параметров машины от номинальных значений. Поэтому здесь оказываются важны потери энергии, КПД и коэффициент мощности установки. С учетом этих соображений и следует рассматривать все приведенные ниже сведения.

Введение добавочных сопротивлений в цепь статора.Привведении добавочных, симметричных активных сопротивлений (реостатное регулирование) их величину можно изменять плавно только у двигателей малой мощности, а для двигателей средней и большой мощности необходимо использовать контактные (контакторы) или бесконтактные ключи. Поэтому число ступеней будет ограничено, и равномерного регулирования скорости получить невозможно. При этом снижается критическое скольжение и критический момент, жесткость механических характеристик понижается, а потери скольжения полностью выделяются в самой машине.

Если считать, что при регулировании скорости до скольжения S_ном (по условиям нагрева потери не должны превышать номинального значения), то следует положить I'_2ДОП = I'_2НОМ. Тогда

(1.18)

Таким образом, при ω_i = 0 получим М_доп≤(0,03—0,15) М_ном. Следовательно, регулирование скорости при номинальном моменте нагрузки в данном случае вообще невозможно.

Этот способ регулирования пригоден только для двигателей, имеющих повышенное скольжение в номинальном режиме.

Для определения диапазона регулирования скорости при токе I^′_2доп.= I'_{2 ном.} используя формулу (1.18), находим:

(1.19)

где а=r_доб/r₂'. Подставляя выражение (1.19) и (1.18) получаем:

Зависимости, построенные на рис. 1.1, показывают, что для двигателей, с S_ном = 0,1 при а = 5 Мдоп уменьшается в два раза, а скорость понизится всего лишь в отношении 0,9/0,8 = 1,125. По этой причине диапазон регулирования скорости таким способом не превышает 1,15—1,2. При введении индуктивных сопротивлений в статор также уменьшается Sкр и Мкр, кроме того снижается не только КПД двигателя, но и его коэффициент мощности. Потери энергии скольжения будут такими же, как и при введении активных сопротивлений. Единственное преимущество состоит в том, что, если использовать дроссели с подмагничиванием—магнитные усилители, то можно получить плавное регулирование скорости. Однако диапазон ее регули­рования выше 1,35—1,50 можно достичь только в замкнутых системах автоматического управления током подмагничивания дросселя насыщения.

Рис. 1.1. Регулировочные характеристики асинхронного двигателя—зависи­мости момента, скорости и скольжения (в относительных единицах) от до­бавочного, активного сопротивления в статоре.

Введение добавочных сопротивлений в цепи ротора. При введении симметричных активных сопротивлений увеличивается критическое скольжение и остается неизменным крити­ческий момент. Поэтому регулирование скорости возможно и с постоянным моментом нагрузки. Благодаря тому, что часть энергии скольжения выделяется в добавочных сопротивлениях, нагрев машины сохраняется примерно таким же, как и при номинальном режиме (но ухудшаются условия охлаждения ма­шины с самовентиляцией). Общие потери скольжения. Уже при s_i≈0,5 будут равны мощности, преобразуемой в меха­ническую работу.

Диапазон регулирования скорости при Мс = Мном можно подсчитать по следующей формуле:

,

где ω_ном. и ω_мин.— номинальное и минимальное значения угловой скорости двигателя; ν_мин. — относительное значение минималь­ной скорости; μ₁— относительное значение пускового момента.

Обычно задают μ = 1,5¸2,0, тогда D = (3 ¸ 2) (1 —s_ном.).

Найдем КПД привода

.

Среднее значение КПД

,

где h_е—КПД двигателя при номинальных данных на естественной характеристике.

Коэффициент мощности двигателя при этом также изменяется [2]. Индуктивные сопротивления снижают значения s_кр и Мкр и уменьшают коэффициент мощности. Поэтому, практически, используются только активно-индуктивные добавочные сопротивления в роторе. Каких-либо преимуществ перед реостатным этот метод регулирования скорости не имеет, кроме плавности, если использовать дроссели с подмагничиванием. Однако в современной практике из-за наличия больших потерь и эти способы регулирования скорости асинхронных машин утратили свое значение.