67532

Управление трехфазным асинхронным двигателем: напряжением, реостатное и частотно-токовое. Управление напряжением

Лекция

Производство и промышленные технологии

Механические характеристики асинхронного двигателя при управлении напряжением. Трехфазная обмотка ротора такого двигателя выполняется медным изолированным проводом и подключена к трем контактным кольцам установленным на валу. Механические характеристики асинхронного двигателя при реостатном управлении...

Русский

2014-09-12

162 KB

15 чел.

ЛЕКЦИЯ  10

Управление трехфазным асинхронным двигателем:

напряжением, реостатное и частотно-токовое

 Управление напряжением

При управлении напряжением изменяются действующие значения фазных напряжений обмотки статора. Согласно формуле (9.7) электромагнитный момент пропорционален квадрату напряжения. Семейство механических характеристик показано на рис. 10.1. Достоинством этого метода является простота схемы управления. К недостаткам относится то, что характеристики расположены неравномерно из-за квадратичной зависимости. Далее, при малом напряжении жесткость механической характеристики мала. Наконец, диапазон регулирования скорости вращения узкий – от номинальной до критической скорости.

Рис. 10.1. Механические характеристики асинхронного

двигателя при управлении напряжением.

Реостатное управление

Реостатное управление возможно у двигателей с фазным ротором. Трехфазная обмотка ротора такого двигателя выполняется медным изолированным проводом и подключена к трем контактным кольцам, установленным на валу. К этим кольцам прижаты три комплекта щеток, соединенных с трехфазным пусковым или регулировочным реостатом.

Из формулы для электромагнитного момента (9.7) следует, что момент М зависит от отношения r2'/s, а при наличии реостата в цепи ротора – от отношения (r2' + rр')/s. Например, если суммарное активное сопротивление в фазе ротора и скольжение увеличить в два раза, то электромагнитный момент не изменится. При увеличении скольжения s возрастает частота скольжения ω2 = sω1, а скорость вращения  ω =  ω1 – ω2  уменьшается.

Семейство механических характеристик при реостатном управлении показано на рис. 10.2. Видно, что все характеристики имеют одинаковый критический момент, а при увеличении сопротивления реостата характеристика смещается в сторону меньшей скорости.

Достоинством реостатного управления является снижение тока при малых скоростях вращения ротора и увеличение пускового момента. Это явление можно объяснить по формуле (9.1). При увеличении сопротивления реостата rр величина тока I2 уменьшается, а его активная составляющая I2 cos φ2 возрастает.

Вторым достоинством является широкий диапазон регулирования скорости вращения (от номинальной до нуля).

 

Рис. 10.2. Механические характеристики асинхронного

двигателя при реостатном управлении 

Недостатки реостатного управления: наличие щеточного контакта, сложность конструкции, дороговизна; в реостате выделяется мощность в виде тепла, что снижает КПД; с увеличением сопротивления реостата снижается жесткость механической характеристики.

Недостатки реостатного управления: наличие щеточного контакта, сложность конструкции, дороговизна; в реостате выделяется мощность в виде тепла, что снижает КПД; с увеличением сопротивления реостата снижается жесткость механической характеристики.

Реостат в цепи фазного ротора асинхронного двигателя используется для уменьшения пускового тока и для увеличения пускового момента.

Рис. 10.3. Пуск асинхронного двигателя с помощью реостата

На рис. 10.3 показаны три механические характеристики. Характеристика с участком d-e-f является естественной, сопротивление пускового реостата здесь равно нулю. Механическая характеристика с участком b-c-d – искусственная с сопротивлением реостата rр'. Механическая характеристика с участком a-b – искусственная с сопротивлением реостата  rр'' > rр'. Видно, что пусковой момент на этой характеристике равен критическому моменту Мк.

Рассмотрим последовательность действий для разгона двигателя до номинальной скорости за минимальное время. На обмотку статора подается номинальное напряжение питания при сопротивлении реостата rр''. В начальный момент пуска двигатель развивает максимальный момент Mк. Происходит разгон двигателя от точки a до точки b.

Теперь пусковой реостат переключается с сопротивления rр'' на сопротивление rр'. Ток ротора I2 быстро нарастает, но косинус угла сдвига по фазе  cos φ2 уменьшается. В результате рабочая точка остается на месте.

Далее происходит разгон двигателя от точки  b  через точку  с  до точки d. Теперь пусковой реостат переключается с сопротивления rр' на нулевое сопротивление. Далее происходит разгон двигателя по естественной характеристике из точки  d  через точку  e  в точку  f. Это номинальный режим работы.

 Частотно-токовое управление асинхронным двигателем

с помощью зависимого инвертора частоты

Номинальная скорость вращения трехфазного асинхронного двигателя близка к синхронной скорости, а номинальное скольжение составляет 3-5 %. Это связано с тем, что электромагнитный момент создается активной составляющей тока ротора, которая уменьшается при увеличении скольжения из-за увеличения индуктивного сопротивления обмотки ротора. Если скорость вращения нужно менять в широких пределах, то целесообразно изменять частоту питания согласно формуле

             (10.1)

где  оптимальная частота скольжения, а ω – скорость вращения ротора.

Электромагнитный момент определяется формулой

где в числителе имеется квадрат напряжения фазы U1, а в знаменателе в квадратных скобках – квадрат продольного сопротивления схемы замещения фазы асинхронного двигателя. Частное от деления указанных величин дает квадрат тока фазы статора, т.е. справедливы соотношения

        (10.2)

Формулы (10.1), (10.2) показывают, что при изменении скорости вращения ротора надо менять частоту питания, а при изменении требуемого электромагнитного момента – ток фазы статора. Этим и объясняется термин ''частотно-токовое управление''.

На рис. 10.4 показана функциональная схема асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением. Электропривод имеет двухфазный асинхронный двигатель АД, датчик частоты вращения (тахогенератор) ДЧВ, задатчик частоты скольжения ЗЧС, идентификатор знака момента ИЗМ, устройство извлечения корня УИК, сумматор С, перемножители П1 – П3, интегратор И, функциональный преобразователь ФП, два усилителя тока УТ1, УТ2, объект управления ОУ.

Ротор двигателя механически связан с объектом управления ОУ и с ротором датчика частоты вращения ДЧВ, который вырабатывает сигнал, пропорци-

Рис. 10.4. Функциональная схема электропривода

с двухфазным асинхронным двигателем

ональный  частоте вращения ротора ω. На выходе задатчика частоты скольжения ЗЧС формируется сигнал, пропорциональный модулю оптимальной частоты скольжения . Он приходит на первый вход перемножителя П3.

Входной сигнал электропривода, пропорциональный требуемому электромагнитному моменту Мо, приходит на вход идентификатора знака момента ИЗМ, формирующий сигнал знака момента, равный 1 или –1. Этот сигнал перемножается на перемножителе П3 с модулем оптимальной частоты скольжения |ω2|, и на выходе получается частота скольжения ω2. Она суммируется на сумматоре С с частотой вращения ротора ω, поступающей от датчика частоты вращения ДЧВ. На выходе сумматора С получается частота вращения магнитного поля ω1.

Если требуемый электромагнитный момент Мо положительный, то магнитное поле должно вращаться быстрее, чем ротор, и ω2 > 0. Если же момент Мо отрицательный, то магнитное поле должно вращаться медленнее ротора, или должно вращаться относительно ротора в отрицательном направлении, т.е. должно выполняться неравенство  ω2 < 0. Этим объясняется необходимость определения знака момента.

Интегратор И выдает сигнал, пропорциональный углу α1 поворота магнитного потока Ф. Этот сигнал приходит на вход функционального преобразователя ФП, формирующего сигналы cos 1  и  sin 1. Они поступают на входы перемножителей П1 и П2. На выходе устройства извлечения корня УИК формируется сигнал, пропорциональный амплитуде системы токов статора:

Этот сигнал приходит на вторые входы перемножителей П1, П2, на выходах которых формируются требуемые значения токов обмотки статора:

 

Эти значения приходят на входы усилителей тока УТ1 и УТ2. Они представляют собой усилители напряжения, охваченные глубокой отрицательной обратной связью по току нагрузки с помощью датчиков тока. Эти усилители питают фазы обмотки статора асинхронного двигателя токами, близкими к требуемым значениям:

 

Асинхронный двигатель развивает требуемый момент

MMo

при рациональном токе и частоте скольжения, что обеспечивает высокий КПД и энергосбережение в широком диапазоне изменения частоты вращения и электромагнитного момента.

В случае асинхронного двигателя с трехфазной обмоткой на статоре функциональный преобразователь должен формировать три функции:

sin α1,  sin(α1 – 2π/3), sin(α1 – 4π/3),

поступающие на входы трех перемножителей, а фазы обмотки статора питаются от трех усилителей тока.

Вопросы для самопроверки

1. Отметить достоинства и недостатки управления асинхронного двигателя напряжением.

2. Отметить достоинства и недостатки реостатного управления асинхронным двигателем.

3. Почему при введении реостата в цепь ротора ток уменьшается, а электромагнитный момент возрастает?

4. Почему для быстрого разгона переключение пускового реостата производится в точках пересечения механических характеристик?

5. Почему при переключении пускового реостата в точках  b, d  ток в обмотке ротора возрастает, а момент сохраняется?

6. Объясните необходимость изменения частоты питания при изменении частоты вращения ротора двигателя.

7. Зачем нужно изменять величину токов обмотки статора при изменении требуемого момента ?

8. Почему изменяется знак частоты скольжения при смене знака момента ?

9. Как определяется частота питающих напряжений?

10. Зачем нужен сдвиг по фазе между токами фаз A и B?

11. Нарисуйте функциональную схему асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением при трехфазной обмотке двигателя.

ωк

ω

f

b

d

e

c

a

ωн

Mн

M

ω1

0

П3

П2

П1

Imo

iBo

Mк

ω2

= 0

rр= 3r2

= 0

rр= 2r2

= 0

rр= r2

= 0

rр=0

к

Н·м

Mс

1

ОУ

АД

УТ2

α1

, с–1

Mп

Mк

0

M

0,04Mк

0,16Mк

0,36Mк

0,64Mк

U=0,2Uн

U=0,4Uн

U=0,6Uн

U=0,8Uн

U=Uн

к

Н·м

8

6

4

2

Mс

300

2500

200

150

100

50

1

, с–1

Mп

Mк

0

M

ЗЧС

Mo

 ±1

ω1

ω

ω2

ω2

iAo

УТ1

ДЧВ

 C

ИЗМ

sinα1

cosα1

УИК

ФП

 И


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3300. Внеклассное мероприятие. Семья, как много в этом слове 37 KB
  Семья, как много в этом слове Цели внеклассного мероприятия: сформировать уважение к членам семьи, сформировать у детей понимание сущности основных социальных ролей: дочери, сына, мужа, жены. Задачи внеклассного мероприятия: сформировать представлен...
3301. Внеклассное мероприятие на тему: 30 KB
  Формировать толерантное и уважительное отношение к одноклассникам, людям другой национальности Задачи: Ввести и закрепить определение термина “толерантность”. Учить находить ком...
3302. Подумай, оглянись вокруг, реши – что важно в жизни для твоей души 34.12 KB
  Внеклассное мероприятие по пропаганде здорового образа жизни среди подростков "Подумай, оглянись вокруг, реши – что важно в жизни для твоей души…" 10–11-й классы Оборудование: тематические плакаты, выставочный стенд художественной литерату...
3303. Законність та відповідальність у державному управлінні 24.29 KB
  Досягненню зазначених цілей служать такі основні принципи здійснення юридичної відповідальності: відповідальність лише за поведінку, а не за думки; відповідальність тільки за протиправні діяння і тільки при наявності вини (презумпція невинності); законність, справедливість, доцільність і невідворотність.
3304. Внеклассное мероприятие. Суд над ядерной энергией 33.96 KB
  Внеклассное мероприятие по предмету «Физика». Тема:  «Суд над ядерной энергией». Тип мероприятия: ролевая игра Цели и задачи: • Обобщить теоретический материал по применению ядерной энергии • Показать грандиозные успехи в использовании ядерной ...
3305. Методы получения 3-амино-4-(5-R-1,3,4-оксадиазол-2-ил) фуразанов и их физико–химические свойства 197.5 KB
  Исследования в области поиска эффективных методов получения гетероциклических веществ для изучения связи «структура-свойство». 1,3,4-оксадиазольные основания вошли в практику терапии ряда патологических заболеваний вследствие их способности к образованию одного из универсальных регуляторов клеточного метаболизма – оксида азота...
3306. Внеклассное мероприятие по технологии В гостях у Золушки 30.5 KB
  Внеклассное мероприятие по технологии «В гостях у Золушки!»? 5 класс Внеклассное мероприятие по технологии «В гостях у Золушки!» среди учащихся 5-х классов. 02.03.2012г. Подготовила и провела учитель технологии Максимова Ирина Ивановна.Ведущий: Не за...
3307. Игра – соревнование бригад Скорой помощи 26.72 KB
  Внеклассное мероприятие по биологии для учащихся 8 классов. Форма проведения: Игра – соревнование бригад «Скорой помощи». Цель: Мотивировать детей к более тщательному изучению предмета, наглядно продемонстрировать значение знаний о строении и ф...
3308. Поезд здоровья 28.21 KB
  Внеклассное мероприятие в 5–7-х классах. Игра по станциям "Поезд здоровья"  Цели:  Пропаганда здорового образа жизни  Профилактика вредных привычек школьников Творческая реализация учащихся в группе  Воспитание уважите...