Электропривод на базе асинхронных двигателей, страница 2
Описание файла
Документ из архива "Электропривод на базе асинхронных двигателей", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "электротехника (элтех)" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "электротехника (цифровая электроника)" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Электропривод на базе асинхронных двигателей"
Текст 2 страницы из документа "Электропривод на базе асинхронных двигателей"
Обмотка ротора не имеет корпусной изоляции. В АД общего назначения мощностью до 300-400 кВт (до 100 кВт [18]) обмотку выполняют заливкой пазов расплавленным алюминием или его сплавами [9].
3.7.1. Достоинства:
1) Бесконтактность: отсутствие коллектора и щеток, которые чрезвычайно осложняют работу электродвигателей на больших высотах; по сравнению с АД с фазным ротором проще обслуживание.
2) Простота и надежность конструкции; простота изготовления. По сравнению с АД с фазным ротором изготовление короткозамкнутых роторов значительно проще и дешевле.
3) Возможность получения больших скоростей вращения (отсутствующий коллектор не накладывает своих ограничений по скорости). Это дает возможность получить выигрыш по массе двигателя.
3.7.2. Недостатки:
1) Трудность регулирования скорости вращения;
В отличие от ДПТ, в котором имеется две обмотки (статорная - возбуждения и роторная - якорная), что позволяет управлять раздельно скоростью вращения (ток возбуждения) и электромагнитным моментом (ток якоря), в двигателях переменного тока с короткозамкнутым ротором имеется всего лишь одна статорная обмотка, ток через которую формирует возбуждающее магнитное поле и определяет вращающий момент. С этим и связаны все трудности управления электродвигателем.
2) Трудность получения больших кратностей пускового момента (в случае мощных двигателей длительного режима работы);
3) Большой пусковой ток (превышает номинальный в 4-7 раз [8]);
4) Чувствительность к изменению напряжения и частоты [8].
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой впервые разработал главный инженер немецкой фирмы АЭГ (Всеобщая компания электричества) русский эмигрант Михаил Доливо-Добровольский в 1889 году (патент DRP 51083 от 31.08.1889) [37]. Работал в Германии с 1884 года
АД с короткозамкнутым ротором применяются в системе питания переменным током, если указанные недостатки не имеют значения для привода. Это главным образом агрегаты, работающие продолжительно с постоянной нагрузкой и примерно постоянной угловой скоростью: насосы (в т.ч.системы перекачки топлива [3]), вентиляторы, холодильники, привод раскрутки колес перед посадкой самолета и т.д [8].
Подавляющее большинство находящихся в эксплуатации АД являются короткозамкнутыми [14].
3.8. АД с фазным ротором.
| Рис. 1. Схема АД с фазным ротором [40] | Конструкции статора, корпуса, подшипниковых щитов и общая компоновка у АД с фазным ротором и АД с короткозамкнутым ротором не имеют существенных отличий. На роторе расположена обмотка, имеющая столько же фаз, сколько и обмотка статора. В большинстве случаев обмотка соединяется в звезду, реже – в треугольник. Обмотка ротора имеет три вывода, которые подсоединяются к контактным кольцам, расположенным внутри корпуса или на выступающем конце вала. Во втором случае токоподводы от обмотки к контактным кольцам проходят по внутреннему отверстию вала. К контактным кольцам прилегают щетки. При пуске к щеточным контактам присоединяют реостат, а при работе замыкают накоротко [25]. |
3.8.1. Достоинства:
Фазный ротор обеспечивает дополнительный канал, по которому можно воздействовать на двигатель. Отсюда вытекают основные достоинства АД с фазным ротором:
1) Лучшие пусковые свойства, обусловленные возможностью изменения сопротивления в цепи ротора (см.ниже).
2) Введение добавочных резисторов в цепь ротора позволяет регулировать частоту вращения АД. Необходимо, правда, отметить, что такой способ регулирования частоты вращения обладает рядом существенных недостатков (см. ниже).
3) Потери энергии за время переходных процессов в обмотках статора и ротора АД с фазным ротором значительно меньше аналогичных потерь энергии в короткозамкнутых АД [7].
3.8.2. Недостатки:
1) Худшие показатели по стоимости и массе по сравнению с АД с короткозамкнутым ротором. При одинаковом исполнении и одинаковой синхронной скорости по массе он на 8-10% тяжелее, а по стоимости на 30% дороже [26], по стоимости дороже в 1,5 раза [13].
2) Наличие контактных колец, скользящих контактов и пусковых реостатов увеличивает общие габариты двигателя, снижает его надежность и усложняет конструкцию и эксплуатацию. Поэтому этот тип АД применяется значительно реже, чем АД с короткозамкнутым ротором.
3) При обычной схеме включения невозможно получить жесткие механические характеристики при пониженных скоростях в двигательном и тормозном режиме работы [7].
Эти негативные особенности привели к тому, что в общем объёме производства асинхронные двигатели с фазным ротором составляют небольшую долю [40].
3.8.3. Область применения
АД с фазным ротором находят применение в следующих случаях [7]:
1) Когда требуется простая реализация регулирования угловой скорости в небольших пределах (напр.привод подъемного крана [9];
2) Когда требуется простая реализация плавного пуска; обеспечения хороших тормозных качеств; ограничения токов в переходных процессах в условиях, когда АД с короткозамкнутым ротором неприемлемы: например, когда момент сопротивления при пуске велик (и пуск при пониженном напряжении неприемлем, а прямой пуск двигателя недопустим по условиям воздействия больших пусковых токов на сеть); или когда суммарный момент инерции настолько велик, что выделяемая в цепи ротора тепловая энергия вызывает недопустимый нагрев обмотки ротора в виде беличьей клетки [14].
То есть в приводах c тяжелыми условиями пуска и в механизмах, работа которых связана с частыми пусками и торможениями [7].
3.9. Характеристики АД
3.9.1. Механическая характеристика
3.9.1.1. Вид характеристики
Механическая характеристика (рис. 2а) - зависимость скорости вращения двигателя от момента нагрузки при фиксированном величине и частоте напряжения статора и параметров двигателя (сопротивлениях цепей статора и ротора).
Часто механическую характеристику АД представляют в виде зависимости момента от скольжения (рис. 2б)
| Рис. 2а. Типовой вид механической характеристики АД |
Рис. 2б. Механическая характеристика в координатах М(s) [20] |
Проанализируем форму механической характеристики АД в координатах М(s), рассмотрев формулу (4):
|
Рис. 3 Зависимости параметров АД от скольжения [40] | cos 2 (косинус угла между векторами тока и ЭДС ротора) близок к 1 при малых s и асимптотически стремится к нулю при больших [40]. Магнитный поток Ф в первом приближении не зависит от s [40]. Ток ротора равен нулю при s = 0 и асимптотически стремится к U1/x2' при возрастании s [40]. Момент, как произведение трех сомножителей, равен нулю при s = 0 (идеальный холостой ход), достигает положительного Мк+ и отрицательного Мк- максимумов – критических значений при некоторых критических значениях скольжения ±sк, а затем при s→∞ стремится к нулю за счет третьего сомножителя [40]. |
3.9.1.2. Скорость идеального холостого хода
Ω0 - скорость идеального холостого хода, называемая также синхронной скоростью и равная скорости вращения магнитного поля трехфазного АД:
Ω0 = 2πf1/p (13)
3.9.1.3. Пусковой момент
Мп - пусковой момент. В случае, когда момент сопротивления равен этому значению, речь ведут о моменте короткого замыкания. В первом приближении справедлива формула [20]:
(14)
Зависимость пускового момента от частоты напряжения можно выразить следующим образом:
,
где х =1,5 – 2,0 для авиационных двигателей [27].
3.9.1.4. Критический момент.
Мк или Мmax– критический (максимальный, опрокидывающий) момент. В первом приближении справедливоа формула:
|
| (15) |
где U1 – фазное напряжение, хк =x1+x2’; R1, x1 – активное и реактивное (индуктивное) сопротивление фазы первичной цепи (статора); x2’ - реактивное (индуктивное) сопротивление фазы вторичной цепи (ротора), приведенное к первичной цепи.
На значение критического момента существенно влияет напряжение питания. Например, снижение напряжения сети на 10-15% приводит к уменьшению критического момента и соответственно перегрузочной способности на 19-28% [7]. Это является одним из недостатков АД.
3.9.1.5. Участки механической характеристики
Механическую характеристику (рис. 2а) можно разделить на две части:
- рабочий участок (от Ω0 до точки а), где возможна работа АД в установившемся режиме по разомкнутой схеме.
- участок неустойчивой работы (от точки а – точки критического скольжения, до точки b – точки пуска), где такая работа невозможна.
Условие устойчивой работы АД: dM/dΩ<dMc/dΩ.
Обычно dMc/dΩ0 [25], поэтому часто условие устойчивой работы АД выглядит так: dM/dΩ<0 или dM/s>0.
Рабочий участок механической характеристики может быть линеаризован прямой [24]:
3.9.1.6. Выражение для электромагнитного момента
Если АД не имеет на роторе двойной или глубокопазной обмотки, то связь между его моментом М и скольжением можно выразить следующей формулой.
