67530

Статическая устойчивость и торможение асинхронного электропривода. Уравнения, схема замещения и характеристики трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Лекция

Производство и промышленные технологии

Токи обмотки ротора взаимодействуют с магнитным полем и возникает электромагнитный момент определяемый формулой М = с Ф0 I2 cos φ2 9.6 Электромагнитный момент определяется приближенной формулой 9. Упрощенная формула для электромагнитного момента имеет вид...

Русский

2014-09-12

161.5 KB

2 чел.

ЛЕКЦИЯ  9

Основные сведения об асинхронном двигателе

Статическая устойчивость и торможение асинхронного электропривода.

Уравнения, схема замещения и характеристики трехфазного

асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Трехфазный асинхронный двигатель имеет на статоре трехфазную обмотку, к которой подводится симметричная трехфазная система напряжений

   

Получается магнитное поле, вращающееся с синхронной частотой ω1, эл. рад/сек. Оно пересекает стержни короткозамкнутой обмотки ротора, в них наводится ЭДС и протекают токи с частотой скольжения ω2 = ω1 – ω, где ω – частота вращения ротора. Токи обмотки ротора взаимодействуют с магнитным полем и возникает электромагнитный момент, определяемый формулой

М = с Ф0 I2 cos φ2,               (9.1)

где Ф0 – основной магнитный поток; I2 – ток фазы обмотки ротора; φ2 – угол сдвига по фазе между ЭДС скольжения и током в фазе обмотки ротора; с – конструктивный коэффициент.

Схема замещения одной фазы асинхронного двигателя представлена на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Схема замещения фазы асинхронного двигателя

Здесь r1 – активное сопротивление фазы обмотки статора; L1σ – ее индуктивноcть рассеяния; r2' – активное сопротивление фазы обмотки ротора, приведенной к обмотке статора; L2σ' – ее индуктивность рассеяния; g0 – активная проводимость, соответствующая потерям в стали; L0 – индуктивность, соответствующая основному магнитному потоку; U1, I1 – комплексные действующие значения напряжения и тока фазы обмотки статора; U0, I0 – комплексные действующие значения напряжения и тока поперечной ветви; I2' – комплексное действующее значение тока фазы приведенной обмотки ротора; s  скольжение,

s = ω21.               (9.2)

Для схемы замещения справедливы уравнения:

           (9.3)   

                 (9.4)

           (9.5)

             (9.6)

Электромагнитный момент определяется приближенной формулой

                           (9.7)

где m1 – число фаз обмотки якоря (здесь m1 = 3); pчисло пар полюсов. Упрощенная формула для электромагнитного момента имеет вид

                    (9.8)

где sк – критическое скольжение, при котором достигается критический (максимальный) момент Mк .

Механическая характеристика показана на рис. 9.2. На механической характеристике обозначены четыре характерные точки: 'а' – пуск; 'b' – критический момент; 'с' – номинальный режим; 'd' – синхронное вращение.

При синхронной частоте вращения   ( = 1)   электромагнитный   момент

равен нулю. При уменьшении частоты вращения увеличиваются частота скольжения 2, ЭДС, ток  в роторе  и  электромагнитный  момент.  При  частоте

Рис. 9.2. Механическая характеристика асинхронного двигателя

вращения, меньшей критической (к), ток увеличивается незначительно, а из-за увеличения индуктивного сопротивления обмотки ротора снижается cos φ2 и момент тоже уменьшается. Номинальное скольжение составляет 3 – 6 % .

Устойчивость равновесия в асинхронном электроприводе

Рассмотрим асинхронный электропривод с постоянным статическим моментом. На рис. 9.3 показаны механические характеристики электродвигателя и исполнительного механизма.  Справедливо уравнение механики:

J dω/dt = M – Mc.

При установившемся режиме скорость вращения ротора двигателя постоянна, угловое ускорение равно нулю и получается равенство:

M = Mc.

Этому равенству удовлетворяют две точки a и b, в которых скорости вращения имеют значения ωa и ωb .

Рассмотрим точку a. Допустим, что под внешним воздействием скорость вращения снизилась до значения ωa'. При этом выполняются соотношения

ωa':   M  < Mc,   ε < 0,   

ω уменьшается.

Если скорость вращения возросла от  ωa до значения ωa'', то справедливы соотношения

ωa'':   M  > Mc,   ε > 0,   

ω возрастает.

.

Рис. 9.3. Анализ устойчивости равновесия

Видно, что рабочая точка при любом отклонении в дальнейшем еще сильнее отклоняется от точки a. Значит, равновесие в точке  a  неустойчиво.

Теперь рассмотрим точку b. Допустим, что под внешним воздействием скорость вращения снизилась до значения ωb'. При этом выполняются соотношения

ωb':   M  > Mc,   ε > 0,   

ω возрастает.

Если скорость вращения возросла от  ωb до значения ωb'', то справедливы соотношения

ωb'':   M  < Mc,   ε < 0,   

ω уменьшается.

Видно, что рабочая точка при любом отклонении в дальнейшем возвращается в точку b. Значит, равновесие в точке  b  устойчиво. При постоянном статическом моменте нагрузки Mc возможна устойчивая работа электропривода только при частоте вращения, большей критической.

В общем случае условие устойчивости имеет вид

              (9.9)

Такое неравенство наблюдается при вентиляторной нагрузке.

Электромагнитный момент M, момент на валу M2 и момент холостого хода (механических потерь)  M0 связаны равенством

M2 = MM0 .         

На рис. 9.4 представлены механические характеристики M2(),  M() и  M0(). Момент M0 является реактивным и имеет составляющую сухого трения и вентиляторную составляющую. Как видно, момент на валу M2 имеет при = 0 скачок, равный двойному моменту M0(+0). Поэтому справедливо равенство

        (9.10)

где  (– 0)  означает  предел  слева  при   0, < 0, а (+0) – предел справа при   0, > 0. При синхронном вращении электромагнитный момент равен нулю, и выполняется равенство

M2(1) = – M0(1).

Рис. 9.4. Механические характеристики  

асинхронного двигателя  M (),  M0 ()  и  M2 ()

Торможение асинхронного двигателя

Торможение асинхронного двигателя может быть генераторным и противовключением. На рис. 9.5  представлена  механическая  характеристика  в  ши-

Рис. 9.5. Механическая характеристика трехфазного

асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

роком диапазоне изменения скорости вращения. Двигательный режим наблюдается при скорости вращения в диапазоне от нуля до синхронной скорости ω1. При этом скольжение s лежит в пределах от единицы до нуля.

При скорости вращения, большей синхронной, момент становится отрицательным, двигатель переходит в генераторный режим. При этом скольжение s отрицательное, так как ротор вращается быстрее, чем магнитное поле, и скорость магнитного поля относительно ротора направлена в обратную сторону.

Если скорость вращения отрицательная, то наблюдается торможение противовключением. Момент по-прежнему положительный, но направление вращения изменилось. При этом скольжение s превышает единицу.

Отметим, что при генераторном режиме работы тоже имеется максимум электромагнитного момента, причем этот максимум превышает критический момент при двигательном режиме работы. Далее, при торможении противовключением при росте модуля скорости момент падает.

Вопросы для самопроверки

1. Рассказать устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2. Объяснить физический смысл параметров схемы замещения фазы асинхронного двигателя.

3. Дать объяснение механической характеристики трехфазного асинхронного двигателя.

4. Объяснить критерий статической устойчивости установившихся режимов работы электропривода.

5. Почему при генераторном режиме работы асинхронного двигателя скольжение отрицательное, а энергия передается от ротора к статору?

6. Почему торможение противовключением имеет такое название?


r1

U1

U0

I1

I0

2'

r2'/s

ω1L0

1

g0

ω1L'

ω1L

M()

Mк

Mп

0

к

M

Mн

н

1

a

b

c

d

M2()

M0(–0)

M0(+0)

M2(1)

1

M0(1)

M2'

Mп

M0()

M()

0

M2''

M

M2()

b''

b

b'

a'

a''

a

b

a

1

Mc

Mк

M()

0

к

M

0

Mп

M

ω1

ω

генераторный

режим

двигательный

режим

торможение

противовключ.

s < 0

s >1

0 < s <1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29933. Лесные и торфяные пожары и их последствия. Профилактика лесных и торфяных пожаров 32.5 KB
  Лесные пожары бывают низовыми верховыми и подземными. Верховые пожары уничтожают верхний полог леса и распространяются со скоростью 825 км ч. Подземные пожары случаются на торфяных грунтах распространяются со скоростью 210 м в день.
29934. Чрезвычайные ситуации техногенного характера. Общие понятия и определения. Классификация чрезвычайных ситуаций по масштабам их распространения и тяжести последствий 35 KB
  Правила ухода за кожей зубами и волосами: регулярно менять белье носки чулки колготки гольфы; У мыться ежедневно теплой водой с туалетным или детским мылом; если кожа чешется смазать ее кремом или мазью; не выдавливать прыщи не вскрывать гнойники так как на их месте может начаться воспаление; при обнаружении на теле сыпи сразу же сказать об этом родителям; употреблять в пищу больше свежих овощей и фруктов молока; в них достаточно витаминов и минеральных веществ необходимых для кожи; зимой защищать кожу от...
29935. Радиационно-опасные объекты. Аварии на радиационно-опасных объектах и их возможные последствия. Обеспечение радиационной безопасности населения 39 KB
  Это поражение может произойти следующими способами: внешнее облучение при прохождении радиоактивного облака; внешнее облучение обусловленное радиоактивным загрязнением почвы и местных предметов; внутреннее облучение при вдыхании воздуха зараженного радиоактивными веществами; внутреннее облучение при употреблении загрязненной воды пищи; контактное облучение в результате попадания на кожу и одежду радиоактивных веществ.
29936. Химически опасные объекты. Аварии на химически опасных объектах и их возможные последствия. Обеспечение безопасности населения 43 KB
  Аварии на химически опасных объектах и их возможные последствия. Обеспечение безопасности населения Ответ: Химически опасный объект это такой объект при аварии на котором или при разрушении которого могут произойти массовые поражения людей животных и растений опасными химическими веществами. Поэтому аварии на таких объектах очень опасны. Эти аварии классифицируются следующим образом: аварии с выбросом или угрозой выброса аварийно химически опасных веществ АХОВ при их производстве переработке в хранении; аварии на...
29937. Пожаро - и взрывоопасные объекты. Возможные последствия аварий на пожаро- и взрывоопасных объектах. Правила поведения при пожаре и угрозе взрыва 33 KB
  Возможные последствия аварий на пожаро и взрывоопасных объектах. Правила поведения при пожаре и угрозе взрыва Ответ: Пожаро и взрывоопасные объекты это предприятия на которых в производственном процессе применяют взрывчатые и легковоспламеняющиеся вещества а также железнодорожный и трубопроводный транспорт используемый для перевозки перекачки пожаро и взрывоопасных веществ. К таким объектам относятся предприятия химической газовой нефтеперерабатывающей целлюлознобумажной пищевой лакокрасочной промышленности производства...
29938. Гидротехнические сооружения, возможные аварии на них и их последствия 38.5 KB
  Защита населения от последствий гидродинамических аварий Ответ: Гидродинамически опасные объекты это сооружения и естественные образования создающие разницу уровней воды до и после них верхний бьеф и нижний бьеф. Этому способствует также скопление населения на ограниченных площадях при значительном ухудшении материальнобытовых условий жизни людей. Защита и безопасность населения при гидродинамических авариях обеспечивается организационными инженернотехническими и другими мероприятиями. Меры по защите населения при...
29939. Криминогенные ситуации, которые могут возникнуть в повседневной жизни. Общие правила личной безопасности в криминогенных ситуациях 36 KB
  Инфекции передаваемые половым путем меры по их профилактике Ответ: Вступление в половые отношения в подростковом возрасте чаще всего происходит по следующим обстоятельствам: алкогольное опьянение насилие скука материальная выгода желание привлечь к себе внимание партнера для самоутверждения как средство доказать свою взрослость. Как правило эти связи приводят к таким последствиям: ранняя беременность которая обычно заканчивается абортом со всеми вытекающими отсюда последствиями; воспалительные заболевания половых путей и...
29940. Действия населения по сигналу «Внимание всем!» 31.5 KB
  2 вопрос: Понятие о ВИЧинфекции и СПИДе. Способы передачи ВИЧинфекции и меры ее профилактики Ответ: В 1981 г. Вирус вызывающий болезнь получил название ВИЧ вирус иммунодефицита человека. Применяемые препараты только продлевают состояние ВИЧинфицированности не давая человеку заболеть СПИДом и погибнуть.
29941. Защита населения от чрезвычайных ситуаций. Комплекс мер, проводимых по защите населения. Организация оповещения и инженерной защиты населения 39.5 KB
  Комплекс мер проводимых по защите населения. Организация оповещения и инженерной защиты населения Ответ: Защита населения от чрезвычайных ситуаций комплекс мероприятий РСЧС взаимосвязанных по месту времени проведения целям ресурсам и направленных на устранение или снижение до приемлемого уровня на пострадавших территориях угрозы жизни и здоровью людей в случае реальной опасности возникновения или в условиях действия опасных и вредных факторов стихийных бедствий техногенных аварий и катастроф. Защита населения от чрезвычайных...