Файл: 5_Глава 3.doc

Для схемы рис.3.16,в - I_экв=0,472I_дт.

С учетом указанных особенностей векторная диаграмма асинхронной машины в режиме динамического торможения (рис.3.18) будет определяться соотношением:

.

Ток намагничивания зависит от тока ротора при постоянном I_экв. По мере роста скольжения ток намагничивания будет уменьшаться под действием реактивного тока ротора.

Упрощенная формула для приближенного расчета механических характеристик (не учитывающая насыщение двигателя) подобна формуле Клосса для двигательного режима

.

Здесь , ,

Следует подчеркнуть, что критическое скольжение в режиме динамического торможения существенно меньше критического скольжения в двигательном режиме, т.к. . Для получения максимального тормозного момента, равного максимальному моменту в двигательном режиме токI_экв должен в 2-4 раза превышать номинальный ток намагничивания I₀. Напряжение источника питания постоянного тока будет значительно меньше номинального напряжения и примерно равно .

Энергетически в режиме динамического торможения асинхронный двигатель работает как синхронный генератор, нагруженный на сопротивление роторной цепи двигателя. Вся механическая мощность, поступающая на вал двигателя, при торможении преобразуется в электрическую и идет на нагрев сопротивлений роторной цепи.

Возбуждение асинхронной машины в режиме динамического торможения может осуществляться не только подачей постоянного тока в обмотки статора машины, но также в режиме самовозбуждения путем подключения конденсаторов к цепям статора асинхронной машины, как это показано на рис.3.19. Такой способ торможения называют конденсаторным торможением асинхронных двигателей. По энергетической сущности этот вид торможения идентичен динамическому торможению, т.к. энергия, поступающая с вала, преобразуется в электрическую и выделяется в виде потерь в роторе двигателя.

Процесс самовозбуждения асинхронного двигателя происходит следующим образом. Под действием остаточного потока ротора в обмотках статора наводится э.д.с., под действием которой возникает намагничивающий ток, протекающий через конденсаторы. При этом увеличивается поток машины, следовательно, наводимая э.д.с. и ток намагничивания. Верхняя и нижняя границы режима самовозбуждения и величина тормозного момента зависят от величины емкости конденсаторов. Данный способ торможения применяется для приводов малой мощности (до 5 кВт), т.к. требует установки конденсаторов значительного объема.

Торможение противовключением может быть в двух случаях:

• в первом, когда при работе двигателя необходимо его экстренно остановить, и с этой целью меняют порядок чередования фаз питания обмоток статора двигателя;

• во втором, когда электромеханическая система движется в отрицательном направлении под действием спускаемого груза, а двигатель включается в направлении подъема, чтобы ограничить скорость спуска (режим протягивающего груза).

В обоих случаях электромагнитное поле статора и ротор двигателя вращаются в разные стороны. Скольжение двигателя в режиме противовключения всегда больше единицы

.

В первом случае (рис.3.20) двигатель, работавший в т.1, после изменения порядка чередования фаз двигателя переходит в тормозной режим в т.1’, и скорость привода быстро снижается под действием тормозного момента М_т и статического момента М_c. При замедлении до скорости, близкой к нулю, двигатель необходимо отключить, иначе он будет разгоняться в противоположном направлении вращения.

Во втором случае после снятия механического тормоза двигатель, включенный в направлении вверх, под действием силы тяжести спускаемого груза будет вращаться в противоположном направлении со скоростью, соответствующей точке 2. Работа в режиме противовключения под действием протягивающего груза возможна при использовании двигателей с фазным ротором. При этом в цепь ротора вводится значительное добавочное сопротивление, которому соответствует характеристика 2 на рис.3.20.

Энергетически режим противовключения крайне неблагоприятен. Ток в этом режиме для асинхронных короткозамкнутых двигателей превосходит пусковой, достигая 10-кратного значения. Потери в роторной цепи двигателя складываются из потерь короткого замыкания двигателя и мощности, которая передается на вал двигателя при торможении

.

Для короткозамкнутых двигателей режим противовключения возможен только в течение нескольких секунд. При использовании двигателей с фазным ротором в режиме противовключения обязательно включение в цепь ротора добавочного сопротивления. В этом случае потери энергии остаются такими же значительными, но они выносятся из объема двигателя в роторные сопротивления.

3.2.8. Электромеханические характеристики многоскоростных асинхронных двигателей

Поскольку скорость вращения электромагнитного поля статора, как это следует из (3.3), зависит от числа пар полюсов двигателя р_п, то имеются специальные модификации асинхронных короткозамкнутых двигателей, позволяющие изменять число пар полюсов машины и тем самым получать две или более (3 и 4) рабочие скорости двигателя. Конструктивно изменение числа пар полюсов может быть достигнуто двумя способами. При первом в пазы статора укладываются две или три независимые обмотки с различными значениями р_п. При этом значительно увеличиваются габариты двигателей, но возможно получение любого соотношения числа пар полюсов.

При другом способе используется для получения различного числа пар полюсов одна и та же обмотка, а изменение р_п достигается переключением секций этой обмотки. Наибольшее распространение получили две схемы обмоток: звезда () – двойная звезда () и треугольник (∆) – двойная звезда.

Рассмотрим схему звезда – двойная звезда (рис.3.21). В этой схеме каждая из фазных обмоток состоит из двух секций, которые могут включаться параллельно или последовательно. При параллельном соединении напряжение подводится к средним точкам обмоток, а начала обмоток замыкаются между собой. Образуются две параллельно включенные системы обмоток, соединенные в двойную звезду (). Такое соединение соответствует меньшему числу пар полюсов р_п. Этой схеме соединения отвечает механическая характеристика с индексом на рис.3.21,б.

При последовательном соединении секций обмоток число пар полюсов увеличивается вдвое, поэтому номинальная скорость двигателя в этом случае будет вдвое меньше. Так, например, если схеме соединения соответствует число пар полюсов р_п=2, то номинальная скорость вращения будет 1470 об/мин (n₀=1500 об/мин). Переключив обмотки для соединения в звезду (), получим р_п=4 и номинальную скорость вращения 735 об/мин (n₀=750 об/мин).

Поскольку длительно допустимый ток в обмотках должен остаться неизменным, то номинальная мощность на валу двигателя будет:

при схеме ,

при схеме ,

Т.е. мощность двигателя при высокой скорости будет примерно в 2 раза выше, чем при низкой скорости. Однако длительно допустимый номинальный момент сохраняется постоянным, т.к. .

Рассмотрим схему треугольник - двойная звезда (рис.3.22). В этой схеме соединение обмоток двойная звезда соответствует высокой скорости.

При последовательном включении полуобмоток и соединении их в треугольник число пар полюсов увеличивается вдвое, следовательно, вдвое снижается скорость двигателя.

Мощность двигателя при этом будет:

,

здесь U₁ – фазное напряжение питания.

Длительно допустимый момент при соединении обмоток в Δ будет в раз больше, чем при соединении в двойную звезду. Таким образом, при обеих схемах соединения двигатель примерно сохраняет свою мощность.

Двух и многоскоростные двигатели применяются в тех случаях, когда по условиям технологии необходимо иметь две или более фиксированные скорости вращения приводного электродвигателя.