Материал для подготовки к экзамену по электротехнике (1092854), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

28. Основные характеристики трехфазных асинхронных электродвигателей. Способы пуска и регулирования частоты вращения. Реверсирование и способы электрического торможения асинхронных электродвигателей.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АД

1. МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Механической характеристикой называют зависимость частоты вращения ротора от величины нагрузки на валу двигателя: n₂ (M _нагр).
М _нагр – тормозной момент нагрузки на валу АД.

При увеличении нагрузки на вал электродвигателя от холостого хода до номинальной частота вращения n₂ несколько снижается (на 3..7%). - механическая характеристика имеет слабо падающий вид при увеличении нагрузки. Другими словами, частота вращения АД слабо зависит от нагрузки, поэтому такая характеристика называется жесткой.

М _пуск – пусковой момент АД (точка пуска).

М _н1 и М _н2 - тормозной момент нагрузки (Н1 и Н2), приложенный к валу АД при пуске.

Если пусковой момент АД превышает момент нагрузки М _пуск > М _н1 , то при включении АД в сеть происходит запуск и разгон электрического привода.

Если пусковой момент АД меньше, чем момент нагрузки М _пуск < М _н2 , то при включении АД в сеть запуска двигателя не происходит, т.е. ротор АД остаётся неподвижным. При этом АД находится в режиме короткого замыкания, что может привести к быстрому перегреву и выходу двигателя из строя.

Точка максимального момента разделяет зависимость М(n) или M(s) на устойчивую и неустойчивую части и определяет перегрузочную способность АД – λ _max = М _max / М _ном. Если тормозной момент нагрузки М _Н, приложенный к валу АД, по какой либо причине становится больше максимального, то происходит останов работающего АД (так наз. «опрокидывание двигателя») и возникновение режима короткого замыкания АД.

2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ (ЭКОНОМИЧЕСКИЕ) ХАРАКТЕРИСТИКИ:
зависимости КПД и коэффициента мощности (КМ cos φ) от мощности нагрузки на валу ЭД η (P₂); cos φ (P₂)

Способы пуска асинхронного двигателя

В момент пуска любого электрического двигателя (АД, ДПТ, СД), когда ротор неподвижен n₂ = 0, а обмотка статора включена в сеть, двигатель находится в самом тяжелом (аварийном) режиме - в режиме короткого замыкания. Поэтому рекомендуется избегать частых пусков электрического двигателя , а сам процесс пуска и разгона двигателя до номинального режима не должен быть длительным.

В зависимости от мощности АД используют два способа пуска:

1) Прямой пуск

Используется для АД малой мощности: обмотка статора АД с помощью простейшей аппаратуры (контактор, пускатель) включается в питающую сеть на номинальное напряжение.

Достоинства: - способ очень прост, дешев, экономичен, не требует специальной аппаратуры.

Недостатки:

- сравнительно небольшой пусковой момент - кратность пускового момента: М _пуск / М _ном ≈ 1,4 - 1,8;

- очень большой пусковой ток – кратность пускового тока I _пуск / I _ном ≈ 4 - 6.

В результате большого пускового тока происходят:

- дестабилизация питающего напряжения (в момент пуска напряжения сети кратковременно снижается);

- большие электрические и тепловые перегрузки питающей сети, пусковой аппаратуры и самого двигателя;

- возникают сильные динамические (ударные) нагрузки на вал двигателя и передаточные устройства.

2) Пуск АД при пониженном напряжении

Используется для пуска АД средней и большой мощности с целью снижения пускового тока и устранения связанных с этим недостатков прямого пуска.

При пуске на статор подается пониженное по сравнению с U_ном напряжение.

В качестве специальных устройств для снижения напряжения на статоре часто используются достаточно дешёвые индуктивные катушки - реакторы, включаемые последовательно с обмоткой статора.

Схема реакторного пуска

При этом напряжение на статоре U₁ = U_ном – ΔU,

где - ΔU – падение напряжения на реакторе.

При пуске и разгоне напряжение на статоре снижается за счет падения напряжения на реакторе ΔU, а после окончания разгона реактор шунтируется пускателем П₂, и на статор подаётся номинальное напряжение.

Иногда для снижения напряжения на статоре применяют более дорогие устройства – автотрансформаторы.

Достоинства: - снижается пусковой ток.

Недостатки: - более сложная схема пуска; при пониженном напряжении на статоре резко снижается пусковой момент (вращающий момент АД ), что заметно ухудшает условия запуска АД.

4. Реверсирование ад (изменение направления вращения)

Реверсирование АД производится изменением порядка чередования фаз на статоре за счет одновременного переключения любых двух фаз.

Схема реверсирования АД

Способы регулирования частоты вращения ад

АД отличается плохими регулировочными свойствами, поэтому обычно используется в нерегулируемом электроприводе. Однако в настоящее время в связи с широким распространением тиристорных (транзисторных) преобразователей частоты (ТПЧ) всё более широкое распространение получает т.н. частотно-регулируемый электропривод, в котором используется частотное регулирование частоты вращения асинхронного электродвигателя.

Частотное регулирование ад

Частотное регулирование АД производится путем изменения частоты питающего напряжения (f₁ – var), подаваемого на обмотки статора от частотного преобразователя.

Угловая синхронная частота вращения АД:

При изменении частоты f₁ = var пропорционально изменяется частота вращающегося магнитного поля (синхронная частота ), и следовательно частота вращения ротора двигателя n ₂ = n ₁ (1 - s) = var.

Для сохранения перегрузочной способности (максимального момента АД) частотное регулирование ведут при условии U₁/f₁ = const.

Регулирование обычно ведётся в сторону понижения частоты от f₁ ≤ 50 Гц, при этом частота АД также понижается «вниз от номинала» n ₂ ≤ n _2ном ..

Регулирование плавное, экономичное, диапазон регулирования Δn достаточно большой - примерно n ₂ / n _2ном ≈ 1:10 , но способ очень дорогой. Однако, несмотря на высокую стоимость ТПЧ (100-200 $ на 1 кВт), срок окупаемости частотно-регулируемого электропривода обычно составляет 2-3 года.

Применение частотно-регулируемого ЭП позволяет экономить за счет оптимизации режима работы технологического оборудования до 30-60% потребляемой ЭЭ и снизить эксплуатационные расходы на 30-50%. Кроме того, при использовании частотно-регулируемого ЭП улучшаются условия пуска АД, повышается плавность разгона (снижаются тепловые, электрические, и ударные механические нагрузки), что увеличивает срок службы электропривода с 10-15 до 20-25 лет. В настоящее время частотно-регулируемый ЭП находит широкое применение в качестве привода насосов и вентиляторов системах тепло-водоснабжения, в качестве привода современных лифтов и др.

Полюсное регулирование

Осуществляется за счет изменения числа пар полюсов статора p₁ = var.

В простейшем случае на статоре АД уложено несколько обмоток с различным числом пар полюсов, одна из которых включается в питающую сеть. В более сложных конструкциях статора АД изменение числа пар полюсов p₁ = var производится путём переключения секций обмотки с последовательного соединения на параллельное или наоборот.

При изменении числа пар полюсов р₁ = var обратно пропорционально изменяется частота вращающегося магнитного поля (синхронная частота ), и следовательно частота вращения ротора двигателя n ₂ = n ₁ (1 - s) = var.

Недостатки полюсного способа регулирования: регулирование ступенчатое, а также сложное и дорогое устройство статора.

6. Способы электрического торможения ад

Для сокращения времени переходного процесса останова АД наряду с механическим торможением часто применяют один из трёх способов электрического торможения.

1) Торможение противовключением

В этом способе обмотка статора АД отключается от трёхфазной питающей сети и снова включается в сеть с изменением порядка чередования фаз (см. реверсирование АД).

Достоинства:

- способ прост и эффективен, торможение практически мгновенное.

Недостатки:

- очень большой тормозной ток, значительно больший, чем пусковой (см. прямой пуск АД);

- опасность реверсирования ЭД.

2) Динамическое торможение

Обмотка статора отключается от трёхфазной питающей сети, после чего любые две фазы питающие статор включаются в сеть постоянного тока.
Достоинства:

- способ прост и достаточно эффективен.

Недостаток – требуется источник постоянного тока.

3) Генераторный (рекуперативный) способ с возвратом ЭЭ в питающую сеть

Режим генераторного торможения возникает самопроизвольно при условии, когда частота вращения ротора n₂ становится больше синхронной частоты АД n₁ : n₂ > n₁.

Такой режим возникает, например, при опускании груза, когда под действием его веса частота вращения ротора АД увеличивается и становится больше синхронной. При этом двигатель переходит в генераторный режим, а кинетическая энергия привода превращается в ЭЭ и поступает в питающую сеть. Электромагнитный момент двигателя становится тормозящим, а спуск груза несколько притормаживается, но двигатель продолжает вращаться с частотой n₂ > n₁

29. Электрический привод. Структура и преимущества электропривода. Электродвигатели постоянного тока, их преимущества и недостатки. Устройство и принцип работы.

Электрический привод (ЭП) – это электромеханическая система, предназначенная для преобразования ЭЭ в механическую, управление потоком этой энергии и содержащая:

- преобразователь ЭЭ (ПЭЭ) - служит для изменения параметров ЭЭ (трансформаторы, выпрямители, частотные преобразователи);

- электромеханический преобразователь (ЭМП) - преобразует электрическую энергию в механическую (электромагнитные и электромашинные преобразователи - различные типы двигателей);

- преобразователь механической энергии (ПМЭ) - служит для изменения параметров механической энергии (редукторы, кулачковые механизмы, кулисные механизмы и др.);

- система управления ЭП (СУЭП) - управляет режимом работы ЭП (включение, выключение, реверсирование, торможение, изменение частоты вращения ЭП);

- рабочая машина (РМ) или исполнительный механизм (ИМ) - преобразует механическую энергию в требуемую работу.

Структурная схема электропривода

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)