Основные сведения. История развития ЭП

1. Основные сведения. История развития ЭП

1.1 Общая структура ЭП…………………………………………………………………………………………………………………………………………2

1.2 Требования к ЭП …………………………………………………………………………………..………………………………………………………. 3

1.3 Классификация ЭП…………………………………………………………………………………..………………………………………………………4

2. Механика привода

2.1 Состав механической части ЭП ……………………………………………………………………………………………………………………….7

2.2 Приведение моментов сопротивления и сил к одной оси вращения …………………………………………………………8

2.3 Приведение моментов инерции к одной оси вращения ………………………………………………………………………………10

2.4 Основные уравнения движения ЭП ………………………………………………………………………………………………………………..11

2.5 Уравнения движения привода при переменном моменте инерции…………………………………………………………..14

2.6 Механические характеристики производственных механизмов и электродвигателей…………………………….14

2.7 Установившийся режим работы электропривода…………………………………………………………………………………………17

2.8 Статическая устойчивость ЭП…………………………………………………………………………………………………………………………..19

2.9 Переходные режимы работы ЭП……………………………………………………………………………………………………………………20

2.10 Время ускорения и замедления привода……………………………………………………………………………………………………..21

3. Электропривод постоянного тока

3.1 Механические характеристики ДПТ НВ……………………………………………………………………………………………………………23

3.2 Построение естественных характеристик двигателя…………………………………………………………………………………..24

3.3 Уравнение характеристик двигателя в относительных единицах………………………………………………………………26

3.4 Основные показатели регулирования скорости ЭП………………………………………………………………………………………..27

3.5 Регулирование скорости ДПТ НВ……………………………………………………………………………………………………………………..28

3.6 Регулирование скорости ДПТ НВ изменением магнитного потока……………………………………………………………….38

3.7 Регулирование скорости ДПТ НВ изменением напряжения якоря………………………………………………………………41

3.8 Система источник тока – двигатель (ИТ-Д) …………………………………………………………………………………………………….49

3.9 Реостатный пуск ДПТ НВ………………………………………………………………………………………………………………………………….54

3.10 Тормозные режимы ДПТ НВ…………………………………………………………………………………………………………………………56

3.11 Электропривод с ДПТ ПВ………………………………………………………………………………………………………………………………65

3.12 Регулирование скорости ДПТ ПВ изменением сопротивления якоря………………………………………………………67

3.13 Регулирование скорости изменением напряжения…………………………………………………………………………………..69

3.14 Регулирование скорости ДПТ ПВ шунтированием обмотки якоря или обмотки возбуждения……………….70

3.15 Пуск ДПТ ПВ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………71

3.16 Механические характеристики ДПТ ПВ в тормозных режимах………………………………………………………………….73

3.17 Особенности статических характеристик двигателя со смешанным возбуждением ……………………………….76

4. Электропривод переменного тока

4.1 Принцип работы АД………………………………………………………………………………………………………………………………………..77

4.2 Эквивалентные схемы замещения…………………………………………………………………………………………………………………78

4.3 Механические характеристики АД………………………………………………………………………………………………………………….80

4.4 Механические характеристики АД в тормозных режимах…………………………………………………………………………….81

4.5 Пуск АД с фазным ротором………………………………………………………………………………………………………………………………87

4.6 Регулирование скорости АД…………………………………………………………………………………………………………………………….91

4.7 Механические характеристики СД………………………………………………………………………………………………………………..106

4.8 Регулирование скорости синхронного ЭП……………………………………………………………………………………………………..109

5. Выбор электродвигателей

5.1 Уравнение нагрева электродвигателя…………………………………………………………………………………………………………..110

5.2 Номинальные режимы работы электродвигателей…………………………………………………………………………………….113

5.3 Выбор по роду тока и принципу действия, конструктивному исполнению и внешним воздействиям…….121

5.4 Определение расчетной мощности и выбор двигателя…………………………………………………………………………………123

5.5 Проверка двигателей на достаточность пускового момента и перегрузочную способность……………………..131

5.6 Определение допустимой частоты включения короткозамкнутых асинхронных двигателей…………………..131

 

Основные сведения. История развития электропривода

Общая структура электропривода

Назначение.Электропривод — это управляемая электро­механическая система. Ее назначение — преобразовывать электрическую энергию в механическую и… Состав.Структурная схема автоматизированного электропривода приведена на… Начало формы

Требования к электроприводу

1. Надёжность - это способность системы выполнять заданные функции в течение определённого промежутка времени, сохраняя эксплуатационные… 2. Точность - отнесём к главной функции ЭП - осуществлять управляемое… 3. Быстродействие - этот показатель связан со вторым. Это способность системы достаточно быстро реагировать на…

Классификация электроприводов

1. По соотношению числа электродвигателей и исполнительных органов рабочей машины можно выделить групповой, индивидуальный и взаимосвязанный.

Групповой электропривод обеспечивает движе­ние исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины. Передача механической энергии от одного двига­теля к нескольким рабочим машинам и ее распределение между ними производится с помощью одной или нескольких трансмиссий. Такой групповой привод называют также трансмиссионным (рис. 2). Примером может служить электропривод секции роликов рольганга, 7-8 роликов секции приводится от одного двигателя.

Дальнейшее развитие электропривода было связано с отказом от распределения механической энергии между рабочими машинами, т. е. от трансмиссий, за счет уста­новки на каждую рабочую машину своего электродвига­теля ЭД (рис.3). Однако при таком электроприводе сохраняются системы распределения механической энер­гии внутри машины, имевшие место и в трансмиссионном приводе. Между отдельными рабочими органами одной и той же машины остаются часто громоздкие механические связи, усложняющие конструкцию самой машины. Этот электропривод по сравнению с рассмотренным выше транс­миссионным является более совершенным, но по существу также может считаться групповым, если на рабочей машине имеется несколько рабочих органов, приводимых в движе­ние от одного двигателя.

Вследствие своего технического несовершенства транс­миссионный электропривод в настоящее время почти не при­меняется, он уступил место индивидуальному и взаимо­связанному, хотя в ряде случаев еще находит применение и групповой привод по схеме на рис. 3.

Рисунок 2 – Групповой трансмиссионный привод

Рисунок 3 – Групповой привод

При индивидуальном приводе каждый рабочий орган машины приводится в движение самостоятельным двигателем (рис.4). По сравнению с транс­миссионным и групповым обладает рядом преимуществ: производственные помещения не загромождаются тяжелыми трансмиссиями и передаточными устройствами; улучша­ются условия работы и повышается производительность труда вследствие облегчения управления отдельными меха­низмами. Кроме того, индивидуальный электропривод отличается более высокими энергетическими пока­зателями.

Рисунок 4 – Индивидуальный привод

В трансмиссионном приводе при выходе из строя или при ремонте электродвигателя выбывает из работы группа машин, тогда как в случае индивидуального привода или группового по схеме на рис. 3 остановка одного электро­двигателя вызывает остановку лишь одной рабочей ма­шины.

При индивидуальном электроприводе исполнительные органы ма­шины оказываются уже не связанными друг с другом и поэтому значительно упрощаются механические передачи. В некоторых случаях в результате полного исключения механических передач удается существенно повысить точ­ность работы машины. Индивидуальный электропривод позволяет обеспечить оптимальный режим работы машины, при котором достигается максимальная производитель­ность. Наконец, при использовании индивидуального элек­тропривода создаются наиболее благоприятные условия для автоматизации работы машин и технологических процессов.

Индивидуальный электропривод широко применяется в различных современных машинах, например в сложных металлорежущих станках, в прокатных станах металлур­гического производства, в подъемно-транспортных маши­нах, экскаваторах и т. п.

Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связан­ных между собой электродвигательных устройства (или электроприводов), при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагру­зок или положение исполнительных органов рабочих ма­шин. Необходимость в таком приводе часто возникает по кон­структивным или технологиче­ским соображениям.

Примером взаимосвязанного электропривода может служить привод цепного конвейера. На рис.5 показана схема такого привода, рабочим органом кото­рого является цепь, приводимая в движение двумя или несколь­кими двигателями (M1, M2), расположенными вдоль цепи. Эти двигатели имеют вынуж­денно одинаковую скорость. Взаимосвязанный электропривод широко применяется в различных современных машинах и агрегатах, например в копировальных металлорежущих станках и станках с про­граммным управлением, в прокатных станах металлургического производства, в поточных технологических линиях и т.д.

 

Одной из разновидностей взаимосвязанного электропри­вода является многодвигательный электропри­вод — это электропривод, двигательные устройства которого совместно работают на общий вал. Используется при большой мощности двигателей. Благодаря применению многодвигательного электропривода и специ­альному электрическому соединению двигателей удается осуществить равномерное распределение статических и динамических нагрузок, возникающих при работе механизма.

В том случае, когда во взаимосвязанном электропри­воде возникает необходимость в поддержании постоянного соотношения скоростей рабочих органов, не имеющих механических связей, или когда осуществление механиче­ских связей затруднено, используется специальная схема электрической связи двух или нескольких электродвига­телей, называемая схемой электрического вала.

Многообразие производственных процессов обусловли­вает различные виды и характеры движения рабочих орга­нов машины, а следовательно, и электроприводов.

2. По виду движения электроприводы могут обеспе­чить: вращательное однонаправленное движение, враща­тельное реверсивное и поступательное реверсивное дви­жения.

Вращательное однонаправленное, а также реверсивное движение осуществляется электродвигателями обычного исполнения. Поступательное движение может быть полу­чено путем использования электродвигателя вращатель­ного движения обычного исполнения совместно с преобра­зовательным механизмом (кулисным, винтовым, реечным и т. п.) либо применения электродвигателя специального исполнения для поступательного движения (так называе­мые линейные электродвигатели).

 

3. По степени управляемости электропривод может быть:

нерегулируемый — для приведения в дей­ствие исполнительного органа рабочей машины с одной рабочей скоростью, параметры привода изменяются только в результате возмущающих воздействий;

регулируемый — для сообщения изменяемой или неизменяемой скорости исполнительному органу ма­шины, параметры привода могут изменяться под воздей­ствием управляющего устройства;

программно-управляемый — управляемый в соответствии с заданной программой;

следящий — автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняю­щимся задающим сигналом;

адаптивный — автоматически избирающий структуру или параметры системы управления при изменении условий работы машины с целью выработки оптимального режима.

 

4. Можно классифицировать электроприводы и по роду передаточного устройства:

редукторный, в котором электродвигатель передает вращательное движение передаточному устройству, содержащему редуктор;

безредукторный, в котором осуществляется передача движения от электродвигателя либо непосредст­венно рабочему органу, либо через передаточное устройство, не содержащее редуктор.

 

5. По уровню автоматизации можно различать:

неавтоматизированный электропривод, в котором управление ручное; в настоящее время такой привод встречается редко, преимущественно в установках малой мощности бытовой и медицинской техники и т. п.;

автоматизированный электропривод, уп­равляемый автоматическим регулированием параметров;

автоматический электропривод, в котором управляющее воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора.

 

6. По роду тока применяются электроприводы постоянного и переменного тока.

7. По технологическому назначению выделяют:

главный – обеспечивающий основную технологическую операцию

вспомогательный – является дополнением к главному, без него невозможна нормальная работа механизма в целом.

Механика привода

Состав механической части электропривода

Механическая часть электропривода может представ­лять собой сложную кинематическую цепь с большим числом движущихся элементов. Каждый из элементов…   Рисунок 2.1 - Состав механической части электропривода

Механические характеристики производственных механизмов и электродвигателей

Зависимость между приведенными к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизма называют механической характери­стикой … Приведённые механические характеристики производственных механизмов позволяют… Механической характеристикой электродвигателя называется зависи­мость его угловой скорости ω или частоты…

Установившийся режим работы электропривода

Работе электрического двигателя и производственного механизма в установившемся режиме соответствует равно­весие момента сопротивления механизма и… Оси координат разделяют поле на четыре квадранта. Любая точка I и III… Генераторных режимов может быть несколько в зависимости от того, как используется преобразованная электрическая…

Статическая устойчивость ЭП

В статически устойчивой системе при случайно возникшем отклонении скорости от установившегося значения привод возвратится в точку установившегося… Привод статически устойчив, если в точке установив­шегося режима выполняется… или

Переходные режимы работы ЭП

Причинами возникновения переходных режимов в элек­троприводах является: либо изменение нагрузки, связан­ное с производственным процессом, либо… Характерной чертой переходных режимов является возникновение динамических… Быстрое протекание переходных процессов может привести к недопустимым перегрузкам, ударам в механической части.

Время ускорения и замедления привода

Решим уравнение движения ЭП, разделяя переменные, получим время t12 для изменения скорости от нач до кон. Для решения этого … (2.15)  

Электропривод постоянного тока

Двигатели постоянного тока традиционно являлись основой регулируемого электропривода и широко применяются во всех областях техники. Только в последние годы началось интенсив­ное использование регулируемых электроприводов на базе двига­телей переменного тока.

Двигатели постоянного тока могут иметь независимое, параллельное, по­следовательное или смешанное возбуждение. В зависимости от схемы возбуждения существенно отличаются и электромеханиче­ские характеристики двигателей.

 

Характеристики двигателя постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением

Способы исполнения двигателей постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТНВ)

Двигатели независимого возбуждения могут иметь электро­магнитное возбуждение, (рис.3.1,б) и возбуждение от постоянных магнитов (рис.3.1,а), Последнее применяется для высокодина­мичных двигателей мощностью до 20 кВт. Данные двигатели называются высокомоментными двигателями постоянного тока. (серии ДК1, ПБВ)

 

а) б)

Рисунок 3.1 – Схема включения двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов (а), с электромагнитным возбуждением (б)

 

Благодаря применению посто­янных магнитов на основе редкоземельных элементов (например, сплава самарий-кобальт), эти двигатели особенно при малых скоростях вращения способны развивать большой крутящий момент. Отношение пускового момента такого двигателя к номинальному составляет 8-10, в то время как у двигателей с электромагнитным возбуждением это отношение не превышает 2-4. Двигатели нахо­дят применение в металлорежущих станках с числовым про­граммным управлением, в приводах роботов и следящих элек­троприводах различного назначения.

В некоторых случаях двигатели независимого возбуждения снабжают «легкой, стабилизирующей» обмоткой последовательного возбуждения, создающей м.д.с. при номинальном токе якоря около 20% от м.д.с. обмотки независимого возбуждения. Высокодинамичные двигатели смешанного возбуждения применяются в случаях мно­годвигательного привода, когда два или несколько двигателей работают на один вал или их валы связаны механически (напри­мер, лентой конвейера), В этом случае скорость всех двигателей будет одинаковой, но из-за неидентичности характеристик двига­теля возникает задача равномерного распределения нагрузки ме­жду ними. Благодаря нали­чию последо­вательной об­мотки возбуж­дения в более нагруженном двигателе уве­личивается по­ток и возраста­ет противо э.д.с. якоря, что ве­дет к сниже­нию тока яко­ря. Напротив, менее нагру­женный двига­тель будет иметь несколь­ко меньший поток, его э.д.с. будет ниже и ток якоря соответственно возраста­ет. Таким образом, благодаря наличию слабой последовательной обмотки происходит выравнивание тока якоря между двигателя­ми, питающимися от общего источника напряжения.

Для устране­ния размагничивающего действия реакции якоря на крупных машинах используют компенсационную обмотку, которая вклю­чается последовательно с обмоткой якоря и располагается на по­люсах машины, усиливая поток возбуждения.

Основные уравнения для ДПТНВ

Uя=Eя+RяIя, (3.1) где Rя - сопротивление якорной цепи, складывающееся из со­противления обмотки… , (3.2)

Построение естественных характеристик двигателя по паспортным данным

Построение механической характеристики

Дано: Uн, Pн, , nн, ηн, .    

Построение динамических характеристик

    Рисунок 3.3 - Динамическая характеристика при приложении нагрузки

Понятие жесткости характеристик

В теории электропривода для оценки изменения скорости вращения при одних и тех же значениях тока I и момента М вводится понятие жёсткости характеристик

. (3.12)

 

Из уравнения механической получаем выражение жёсткости для двигателя постоянного тока независимого возбуждения

;

. (3.13)

 

Наибольшую жёсткость имеет естественная, механическая характеристика, её уравнение с учётом жёсткости можно записать в следующем виде

. (3.14)

Уравнение характеристик двигателя в относительных единицах

Uб=Uн, Iб=Iн, Фб=Фн - номинальные значения напряжения, тока якоря и потока возбуждения. Тогда в относительных величинах ,   ωб = ω0е – скорость идеального холостого хода на естественной характеристике;

Основные показатели регулирования угловой скорости электроприводов

В настоящее время все большее применение находит электрическое регулирование скорости, которое имеет ряд преимуществ в отношении технических и… 1. Диапазон регулирования угловой скорости определя­ется отношением возможных… ,

Регулирование скорости ДПТ НВ

1) Изменением напряжения на якоре 2) Изменением сопротивления цепи якоря 3) Изменением тока возбуждения. 3.5.1 Регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока с…

Тормозные режимы двигателя постоянного тока независимого возбуждения

 

Режимы электрического торможения служат

· для поддержания скорости, когда на валу двигателя действует активный момент;

· для уменьшения скорости вращения привода;

· для остановки привода.

Во время торможения или перемены направления движения электродвигатель работает в тормозном режиме на одной из механических характеристик, соответствующих осуществляемому способу торможения.

Электродвигатели постоянного тока независимого возбуж­дения могут работать в трех тормозных режимах: режиме реку­перативного торможения, динамического торможения и тормо­жения противовключением.

Рекуперативное торможение (генераторное торможение с отдачей энергии в сеть)

  знак тока будет противопо­ложен знаку напряжения питания, что означает, что энергия тор­можения отдается в сеть…

Динамическое торможение

  Рисунок 3.31 - Схема динамического торможения ДПТНВ  

Торможение противовключением

  3.10.3.1 За счёт изменения полярности приложенного напряжения Изменение направления вращения двигателя может быть осуществлено двояко. Чтобы получить режим противовключения, можно…

Электропривод с двигателями постоянного тока последовательного возбуждения

 

Характеристики двигателя с последовательным возбуждением

Рисунок 3.37 - Схема ДПТ последовательного возбуждения   Обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, а следовательно ток возбуждения и поток возбуждения…

Применение

В настоящее время двигатели с последовательным возбуждением применяются в электротяговом транспорте (трамваи, электровозы, механизмы перемещения мостов и тележек мостовых кранов). Постоянный ток здесь удобен тем, что при нём достаточно иметь только один провод (троллей), а последовательное возбуждение – по той причине, что двигатели не боятся больших снижений напряжений, при питании от троллеев на большие расстояния, и лучше выдерживают перегрузки на подъёмах пути, благодаря тому, что при росте тока двигателя момент возрастает сильнее.

 

Рисунок 3.39 - Универсальные характеристики

 

Двигатели последовательного возбуждения более надёжнее, чем другие машины постоянного тока, т.к. обмотка возбуждения выполняется проводом большого сечения с малым напряжением между витками.

Построение характеристик

Первый участок Iя*<0,3 М*<0,15 (ненасыщенная магнитная система) может быть с достаточной точностью апроксимирован прямой .   Тогда . Уравнения характеристик имеют вид:

Регулирование скорости ДПТПВ изменением сопротивления в цепи якоря

  Рисунок 3.40 - Механические характеристики ДПТПВ прт реостатном…  

Эквивалентные схемы замещения

Виды схем замещения

Н е д о с т а т о к указанной схемы – зависимость токов статора, ротора и контура намагничивания от скольжения ротора. Для машин мощностью от единиц киловатт и выше сопротивление намагничивающего… Эффект вытеснения тока в обмотке ротора особенно отчётливо проявляются при пуске АД. Исследованиями установлено, что…

Установившиеся процессы АД на основе Г-образной схемы замещения.

  Рисунок 4.2 - Г-образная схема замещения одной фазы асинхронного двигателя …  

Механические характеристики асинхронных двигателей

Вывод уравнения механической характеристики

Электромеханические характеристики АД рассчитывают согласно схеме замещения (рис. 4.2) по формуле: , (4.7)  

Формула Клосса

Разделив уравнение (4.12) на уравнение (4.14), после соответствующих преобразований получим уравнение механической характеристики, применяемое для двигателей малой мощности, формула Клосса:

, (4.15)

 

где M_К, s_К – соответственно критический момент и скольжение асинхронного двигателя; .

Для двигателей средней и большой мощности, полагая , механическую характеристику строят по упрощенной формуле, позволяющей использовать лишь паспортные данные двигателя:

, (4.16)

 

где - перегрузочная способность двигателя; .

 

 

а) б)

Рисунок 4.3 - Механическая (а) и электромеханическая характеристики АД (б)

Механические характеристики асинхронного двигателя в тормозных режимах

1. Рекуперативное торможение (генераторный режим работы параллельно с сетью) возможно при скорости выше синхронной. Механические характеристики …   Рисунок 4.4 - Механические характеристики асинхронного двигателя для различных режимов работы

Схемы динамического торможения асинхронного двигателя

Питание обмоток статора асинхронных двигателей для осуществления динамического торможения может производиться от сети переменного тока через … Анализ работы асинхронного двигателя в режиме динамического торможения…  

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором

, (4.24)   где - приведенное к статору добавочное сопротивление в цепи ротора.

Задача 4.1.

Рассчитать естественную механическую характеристику асинхронного двигателя с фазным ротором типа МТН611-6 краново-металлургической серии и построить пусковые характеристики при реостатном пуске в 3 ступени. Определить величины пусковых сопротивлений.

Основные данные двигателя:

Номинальная мощность при работе в длительном режиме -75 кВт, номинальная скорость вращения =950 об/мин, напряжение статора =380 В, номинальное напряжение на кольцах ротора =270 В, максимальный момент двигателя =2610 Н*м, номинальный ток ротора =108 А. Момент сопротивления на валу двигателя при пуске принять равным номинальному моменту двигателя.

Номинальный момент двигателя

,

где .

 

Перегрузочная способность двигателя:

.

 

Номинальное скольжение

.

 

Критическое скольжение на естественной характеристике

.

 

Расчет естественной характеристики производим по формуле

.

 

Таблица 4.1 Расчет естественной механической характеристики

		0.8	0.6	0.4	0.33	0.2	0.1	0.05
	3.0	2.42	1.81	1.21		0.6	0.3	0.15
	0.33	0.41	0.55	0.82		1.65	3.3	6.6
	2.07	2.44	2.93	3.4	3.46	3.21	1.92

 

Построенная по расчетным данным естественная механическая характеристика представлена на рис. 4.13.

 

Рисунок 4.13 - Естественная и пусковые механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором

Расчет и построение пусковых характеристик

Пусковые значения момента , (см. рис. 4.13) находятся по формуле , где

Регулирование скорости асинхронного двигателя

Реостатное регулирование скорости по цепи ротора

Рисунок 4.14. Схема включения резисторов в цепь статора (а) и ротора (б) АД с фазным ротором   Общий вид механических характеристик асинхронного двигателя при изменении сопротивлений в цепи статора и ротора…

Регулирование скорости введением сопротивления в цепь ротора

Этот способ пригоден только для асинхронных двигателей с фазным ротором.

Решая равенство относительно скольжения, получим:

. (4.25)

 

Из (4.25) следует, что при определённом моменте сопротивления производственного механизма M=M_С=const, а следовательно, и определённом токе ротора I^’₂ = const скольжение . Отсюда следует, что введение активного сопротивления в цепь ротора приводит к увеличению скольжения s и тем самым, с учётом формулы , к уменьшению скорости ω.

Кроме того из формулы

 

 

видно, что введение активного сопротивления в цепь ротора приводит к увеличению критического скольжения s_К. При этом M_макс = const, что следует из формулы:

. (4.26)

 

 

Рисунок 4.16 - Механические характеристики АД для различных сопротивлений роторной цепи

 

На рис. 4.16 показано семейство механических характеристик асинхронного двигателя для различных сопротивлений роторной цепи (кривые 1, 2, 3). Сравнение характеристик свидетельствует, что пусковой момент M – асинхронного двигателя с фазным ротором можно увеличить вплоть до значения M_макс = const.

Введение сопротивления в роторную цепь двигателя с целью изменения величины пускового момента и ограничения пускового тока нашло широкое применение на практике, например, в грузоподъёмных механизмах, а также механизмах, имеющих вентиляторную механическую характеристику.

Как следует из выражения , потери мощности в роторной цепи при постоянном моменте пропорциональны скольжению. Так как у асинхронных двигателей нормального исполнения номинальное скольжение на естественной характеристике составляет 0,02-0,05, то при значительном снижении скорости потери мощности в роторной цепи резко возрастают. Например, при снижении скорости в два раза, что соответствует s = 0,5, потери мощности возрастут в 10-25 раз. Поэтому реостатное регулирование скорости асинхронного двигателя при постоянном моменте сопротивления производственного механизма и длительной работе нецелесообразно.

Таким образом, этот способ регулирования характеризуется следующими особенностями: 1) диапазон регулирования непостоянен, зависит от величины момента сопротивления механизма и в среднем составляет

D = (2÷3) : 1; 2) плавность регулирования зависит от числа ступеней регулировочного реостата; 3) способ неэкономичен, так как связан со значительными потерями энергии в регулировочных сопротивлениях; 4) регулирование осуществляется только «вниз» от основной скорости; 5) механические характеристики получаются мягкими, жёсткость их значительно уменьшается, поэтому по мере снижения скорости стабильность работы привода ухудшается; 6) регулирование происходит с постоянным допустимым моментом, если не учитывать ухудшения условий теплоотдачи при пониженной скорости.

Реостатное регулирование по цепи статора

Регулирование скорости АД изменением напряжения

Общие принципы

Максимальный момент при пониженном напряжении сни­жается пропорционально квадрату напряжения:   , (4.27)

Регулирование скорости изменением напряжения АД с короткозамкнутым ротором

Так как большие потери мощности скольжения в двига­теле с короткозамкнутым ротором выделяются в самом ро­торе, то допустимый момент резко…   Рисунок 4.18 - Механические характе­ристики двигателя с короткозамк­нутым ротором при регулировании напряжения на…

Регулирование скорости изменением напряжения АД с фазным ротором

Потери энергии в приводе получаются примерно такими же или несколько больше, как и при реостатном регулиро­вании; потери мощности скольжения в… Механические характеристики (рис. 4.19, б) по мере сни­жения напряжения…  

Импульсное изменение напряжения

Простейшая принципиальная схема включения асин­хронного двигателя с короткозамкнутым ротором при им­пульсном регулировании напряжения приведена на… Энергетические показатели при импульсном регулиро­вании напряжения хуже из-за…  

Регулирование угловой скорости асинхронного электропривода переключением числа полюсов

Общие принципы

  (4.28)  

Схемы соединения секций обмотки статора

 

 

Рисунок 4.22 - Принципиальные схе­мы присоединения полуобмоток для изменения числа полюсов в обмотках с соотношением 2:1.

 

 

Рисунок 4.23 - Схемы переключения обмоток статора.

 

Электромагнитный мо­мент асинхронного двигателя:

 

(4.29)

 

Соотношение магнитных индукций и моментов

Таблица 4.2 Соотношение магнитных индукций № рис. Двойное число полюсов (обозначение II, рис.4.40) Одинарное число…   Если принять для упрощения обмоточный коэффициент и , то получим:

Механические характеристики при регулировании

Схемы переключения, показанные на рис. 4.23, а—д, отвечают использованию одной обмотки на статоре, дающей только две скорости, отношение которых… Минимальная синхронная частота вращения, с которой выпускаются… Точность регулирования определяется статизмом на данной характеристике и оценивается скольжением, которое в среднем…

Особенности регулирования

Направление регулирования при этом способе является условным и зависит от того, при каком числе полюсов угло­вая скорость для механизма принята… В соответствии с данными табл. 4.2 и приведенными выше характеристиками на… Регулирование угловой скорости переключением полю­сов является не плавным, а ступенчатым. Вместе с тем…

Частотное регулирование угловой скорости асинхронного электропривода

  Рисунок 4.27 - Схема АД при частотном регулировании  

Каскадные схемы

Различают две группы каскадных схем: электрический и электромеханический кас­кад. Электрический каскад (рис. 4.29), по­требляя из сети электрическую мощность … . (4.42)

Электромеханический каскад

Рисунок 4.30 - Принципиальная схема (а) и энерге­тическая диаграмма (б) электромеханического каскада  

Машинно-вентильные и вентильные каскады

В схемах рис. 4.31 выпрямленный ток цепи ротора, пропорциональный фазному току АД, определяется выражением , (4.44)  

Механические характеристики синхронного двигателя

Рисунок 4.35 – Схема синхронного двигателя   Схема включения синхронного двига­теля приведена на рис. 4.35. Этот двигатель имеет обычный по своему …

Способы пуска синхронного двигателя

Существует два способа пуска синхронного двигателя:

· Разгоняют ротор до подсинхронной скорости ω=0,95ω₀ с помощью постороннего двигателя, а затем подают возбуждения.

· Асинхронный пуск синхронного двигателя – основной способ пуска.

При асинхронном пуске синхронного двигателя его обмотка статора подклю­чается к сети, при этом ротор приводится в движение благодаря наличию пусковой обмотки. Обмотка возбуждения двигателя при пуске замыкается на ограничивающий резистор R_p. После достижения подсинхронной скорости в обмотку возбуждения подаётся постоянный ток и отключается разрядный резистор.

После процесса синхронизации угловая скорость синхронного двигателя определяется выражением

 

 

где f₁ - частота сети, Гц;

Векторная диаграмма синхронного двигателя

I - вектор фазного тока статора; Е, Uс — векторы фазных э. д. с. обмотки статора и напряжения сети; хс — индуктивное сопротивление фазы статора;

Угловая характеристика синхронного двигателя

Для механизмов с переменной нагрузкой, особенно при вероят­ности возникновения ее пиков, применяются двигатели с высокой перегрузочной…

Регулирование скорости синхронного электропривода

Существенным отличительным признаком ВД является наличие вентильного коммутатора, который функционально заменяет щетки и механически вращающийся… Вентильные двигатели различаются по типу преобразователя частоты,… Характеристики ВД аналогичны характеристикам двигателя по­стоянного тока независимого возбуждения. Можно получить…

Уравнение нагрева двигателя

 

Допущения при изучении процессов нагрева двигателей

Исследование тепловых процессов в двигателях производится со следующими допущениями: 1) двигатель рассматривается как однородное тело, обладающее…

Вывод уравнения нагрева

  ΔРdt = Aτdt + Cdτ, (5.1)  

Кривые нагрева и охлаждения

    Рисунок 5.1 - Кривые нагрева двигателя

Коэффициент ухудшения теплоотдачи

  β0=A0 /A, (5.9)  

Номинальные режимы работы электродвигателей

В соответствии с ГОСТ 183-74 (СТ СЭВ 1346-78) установлено восемь номи­нальных режимов работы электрических ма­шин, которые имеют условные… S1 - Режим продолжительной нагрузки — работа при постоянной нагрузке,… S2- Режим кратковременной нагрузки — работа при постоянной нагрузке в течение заданного времени, меньшего, чем…

Выбор двигателей по роду тока и принципу действия, конструктивному исполнению и внешним воздействиям

Основные положения выбора двигателей

«Правила устройства электроустановок» [14] регламентируют основные положения выбора двигателей для электроприводов. 1. Электрические и механические параметры двигателей (номинальные значения… 2. Для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, независимо от мощности следует применять…

Рекомендации по выбору двигателей

Окончательное решение о применении в электроприводе двигателя постоянного тока или асинхронного двигателя в комплекте с преобразователем частоты… Исходя из характера работы электропривода, требуемых механических… В электроприводе большой мощности (более 400 кВт) оправдано применение трехфазных синхронных двигателей, имеющих…

Определение расчетной мощности и выбор двигателя

Расчетная мощность двигателя Pрасч (кВт), требуемая для электропривода, определяется величинами статического нагрузочного момента Mс (Н м) на валу… , (5.17)  

Расчет мощности для некоторых производственных механизмов

Центробежные вентиляторы и насосы — это устройства, в которых перемещение газа или жидкости происходит под действием центробежных сил, возникающих… Расчетная мощность двигателя для привода центробежного вентилятора, кВт, ,

Расчет мощности двигателя для продолжительного режима

По указанным таблицам из ряда типоразмеров двигателей принятой серии выбирают типоразмер двигателя ближайшей большей номинальной мощности по… Завышение требуемой мощности двигателя ведет к ухудшению его энергетических… Если же допустить занижение требуемой мощности двигателя, то его работа будет сопровождаться чрезмерным перегревом,…

Расчет мощности двигателя для кратковременного режима

, (5.29)   Допустим, нагрузочная диаграмма кратковременного режима содержит две ступени нагрузки (рис. 5.12, а). В этом случае…

Расчет мощности двигателей при повторно-кратковременном режиме работы

    Рисунок 5.13 - Трехступенчатая нагрузочная диаграмма повторно-кратковременного режима

Проверка двигателей на достаточность пускового момента и перегрузочную способность

Выбранный для электропривода двигатель необходимо проверить на достаточность начального пускового момента и перегрузочную способность. Двигатели переменного тока (асинхронные и синхронные) имеют физический предел… Если на какой-либо ступени нагрузочной диаграммы мощность Px отличается от номинальной, то частота вращения для этого…

Определение допустимой частоты включения короткозамкнутых асинхронных двигателей

При малых продолжительностях цикла повторно-кратковременных режимов возрастает доля пусковых и тормозных потерь в общем балансе потерь энергии за… В приводах некоторых механизмов возникает необходимость по условиям… Определение допустимого числа включений двигателя в час проведем, сравнив при этом энергию потерь за цикл с энергией,…

Задача 4.1.

Рассчитать естественную механическую характеристику асинхронного двигателя с фазным ротором типа МТН611-6 краново-металлургической серии и построить пусковые характеристики при реостатном пуске в 3 ступени. Определить величины пусковых сопротивлений.

Основные данные двигателя:

Номинальная мощность при работе в длительном режиме -75 кВт, номинальная скорость вращения =950 об/мин, напряжение статора =380 В, номинальное напряжение на кольцах ротора =270 В, максимальный момент двигателя =2610 Н*м, номинальный ток ротора =108 А. Момент сопротивления на валу двигателя при пуске принять равным номинальному моменту двигателя.

Номинальный момент двигателя

,

где .

 

Перегрузочная способность двигателя:

.

 

Номинальное скольжение

.

 

Критическое скольжение на естественной характеристике

.

 

Расчет естественной характеристики производим по формуле

.

 

Таблица 4.1 Расчет естественной механической характеристики

		0.8	0.6	0.4	0.33	0.2	0.1	0.05
	3.0	2.42	1.81	1.21		0.6	0.3	0.15
	0.33	0.41	0.55	0.82		1.65	3.3	6.6
	2.07	2.44	2.93	3.4	3.46	3.21	1.92

 

Построенная по расчетным данным естественная механическая характеристика представлена на рис. 4.13.

 

Рисунок 4.13 - Естественная и пусковые механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором

Пример задачи

 

Проверить пригодность краново-металлургического асинхронного трехфазного электродвигателя типа MTF112-6 с фазным ротором, предназначенного для привода механизма, работающего по графику рис 18. Электродвигатель имеет следующие номинальные данные:

Р_2ном =5 кВт;η_ном.= 75%; cosφ= 0,7; ПВ_ном=40%; n_ном =930об/мин;

U₁= 380В.

 

Решение.

Эквивалентный ток за время работы одного цикла:

 

 

 

Продолжительность включения электродвигателя с учетом поправок на ухудшение условий охлаждения в период пуска, торможения и паузы

 

 

где t_ц — время цикла (t_ц =t_Р + tо); = 0,75; = 0,5.

Номинальный ток электродвигателя

 

Так как при ПВ%=40%, то электродвигатель проходит по нагреву и пригоден для привода механизма, работающего в данных условиях.