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

30461. Правительство в зарубежных странах 15.82 KB
  В зависимости от формы правления правительства формируются двумя основными способами: парламентским право на формирование правительства в этих странах получает та политическая партия которая имеет большинство мест в нижней палате парламента страны.; внепарламентским право на формирование правительства в этих странах имеет не парламент а избирательный корпус. Состав и структура правительства очень разнообразны и в ряде стран Великобритании никак не регулируются что позволяет каждому новому...
30462. Функции и структура судебной власти в зарубежных странах 15.31 KB
  Суды первой инстанции рассматривающие дела по существу: мировые судьи полицейские суды районные суды суды судебных округов и др. Суды второй инстанции особые апелляционные или высокие суды в странах тоталитарного социализма такого звена нет куда можно обращаться с жалобой на решение суда первой инстанции. Суды кассационной инстанции. Это либо вышестоящий суд либо верховные суды иногда официально называющиеся кассационными.
30463. Принципы судоустройства и судопроизводства в зарубежных странах 14.95 KB
  Ни один государственный орган должностное или иное лицо не вправе указывать суду как ему следует решить то или иное дело; судьи решают дело на основе закона и личного убеждения. Нельзя отказывать в приеме дела по причинам отсутствия закона или его неясности. возможность обжалования и пересмотра судебного решения путем апелляции повторное рассмотрение дела по существу по процедуре первой инстанции кассации проверка выполнения закона судом. К числу особых принципов в сфере уголовного процесса относятся: право обвиняемого на...
30464. Конституционная юстиция в зарубежных странах 14.95 KB
  Существует несколько моделей конституционного контроля. Европейская модель конституционного контроля получила самое широкое распространение после Второй мировой войны постоянно совершенствовалась и теперь она воспринимается на других континентах. Для обоснования конституционного контроля использовались три основных теории12. Впрочем сами конституции в странах с такого рода режимами можно считать таковыми лишь условно: никакого конституционного строя там разумеется быть не может.
30465. Формы политико-территориального устройства в зарубежных странах 15.18 KB
  Главное различие между обеими формами заключается в том что при унитарной форме территория государства состоит из политикоадминистративных или административных единиц тогда как при федеративной форме высшие территориальные единицы представляют собой государствоподобные образования или даже государства субъекты федерации. означает не что...
30466. Принципы распределения компетенции между федерацией и ее субъектами в зарубежных странах 15.91 KB
  В первую очередь он механизм регулирует отношения равновесия на основе принципа разделения власти между всеми имеющимися центрами власти в государстве. С его помощью происходит реализация разграничения полномочий между ветвями власти без чего не может нормально функционировать не только федеративное государство но и любое другое. Вопервых разделение власти между центром и регионами имеет конституционноправовое обоснование. В случаях же возникновения коллизий между центром и регионами в отношении разделения власти...
30467. Статус субъектов федерации и иных носителей государственной автономии в зарубежных странах 14.96 KB
  Эти договоры не могут противоречить праву и интересам Союза а также правам других кантонов. С нижестоящими иностранными властями кантоны могут иметь дело непосредственно а в остальных случаях отношения кантонов с заграницей осуществляются через посредство Союза. В заключение следует отметить специфическую особенность трех кантонов Швейцарии это Аппенцелль Базель и Унтервальден которая заключается в том что каждый из них состоит из двух полукантонов а общекантональной власти там не существует. Каждый из полукантонов имеет свою...
30468. Основные модели организации публичной власти на местах в зарубежных странах 14.74 KB
  Для первых характерно избрание местной администрации местными представительными органами из своего состава причем нередко глава администрации мэр и т. но и главы местной администрации а также некоторых других должностных лиц исполнительной и судебной власти казначея прокурора мирового судьи вплоть до шерифа начальника полиции. Оно предполагает наличие у местной единицы собственной компетенции охватывающей вопросы местного значения; гарантированной конституцией и законом самостоятельности па отношению к государственной власти в...
30469. Договоры и конституционные процедуры разрешения конфликтов между федерацией и ее субъектами в зарубежных странах 15.77 KB
  Следует отметить возможность федеральной интервенции в случае конфликта между федеральной властью и властями субъектов федерации или в случае когда по каким либо причинам власть субъекта федерации не может функционировать нормально. Если земля не выполняет федеральные обязанности возложенные на нее Основным законом или иным федеральным законом то...