Файл: Lektsii_El_privod.pdf

Выпрямленный ток

Момент, развиваемый асинхронным двигателем, примерно пропорционален выпрямленному току ротора. Следовательно, регулирование последнего изменением ЭДС инвертора позволяет регулировать момент и частоту вращения двигателя.

Если выпрямленная ЭДС инвертора равна выпрямленному напряжению ротора двигателя, то ток в цепи ротора и момент, развиваемый двигателем,

равны нулю.

При уменьшении ЭДС инвертора ток в цепи ротора возрастает, момент двигателя увеличивается, и частота вращения повышается. Так как с увеличением частоты вращения скольжение s и ЭДС трехфазного мостового выпрямителя уменьшаются, то ускорение двигателя происходит до тех пор,

пока момент двигателя не становится равным моменту нагрузки.

При увеличении ЭДС инвертора ток ротора и момент уменьшаются, и

частота вращения двигателя снижается. По мере уменьшения частоты вращения повышается выпрямленное напряжение ротора. Ток ротора и момент двигателя увеличиваются до тех пор, пока момент, развиваемый двигателем, снова не становится равным статическому моменту сопротивления. При этом двигатель начинает работать в установившемся режиме с новым значением частоты вращения (скольжения).

При постоянстве управляющего воздействия и изменении момента нагрузки на валу переходный процесс протекает аналогично изложенному.

Например, при увеличении момента на валу двигателя частота вращения снижается, вследствие этого возрастает ЭДС ротора и, следовательно,

увеличивается выпрямленный ток и момент двигателя до тех пор, пока момент двигателя не становится равным моменту сопротивления на его валу.

В режиме холостого хода момент на валу двигателя и ток ротора равны

нулю. Поэтому должны быть взаимно уравновешены выпрямленные напряжения в выражении ( 5.56 ), т. е.

где - коэффициент трансформации асинхронного двигателя.

Если = 1, то частота вращения холостого хода двигателя можно регулировать до номинального значения.

Чтобы двигатель развивал момент, в цепи ротора должен протекать ток, при этом выпрямленное напряжение ротора должно обеспечить протекание этого тока навстречу ЭДС инвертора. Это достигается за счет некоторого снижения угловой скорости двигателя при увеличении нагрузки, что приводит к соответствующему увеличению напряжения и тока ротора. При малом сопротивлении ротора мощность скольжения Р s, определяемая первыми гармониками тока и напряжения, примерно равна мощности в цепи выпрямленного тока

(5.61)

Если не учитывать падение частоты вращения при нагрузке, то полученное соотношение можно подставить в формулу (5.59), справедливую для скольжения при холостом ходе двигателя. Используя зависимость для ЭДС инвертора, получим :

Следовательно, момент в установившемся режиме пропорционален выпрямленному току ротора , который, в свою очередь, линейно зависит от разности выпрямленной ЭДС выпрямителя и ЭДС инвертора. На рис. 5.25,

в показан примерный вид механических характеристик АВК. Меньшая жесткость характеристик АВК по сравнению с естественной характеристикой асинхронного электродвигателя объясняется дополнительными падениями

напряжения в выпрямителе, инверторе, трансформаторе, что учитывается эквивалентным сопротивлением .

Представленная схема АВК обеспечивает двигательный режим работы при скорости ниже синхронной; частота вращения двигателя плавно регулируется вниз от естественной характеристики. Пуск асинхронного двигателя в схеме АВК - резисторный. Ротор при пуске отсоединяется от выпрямителя и подключается к пусковому резистору. После достижения номинальной скорости ротор асинхронного двигателя подключается к выпрямителю. для торможения в приведенной схеме АВК используется динамическое торможение.

Принципиальным недостатком АВК является его низкий коэффициент мощности. Если схема рассчитана для регулирования скорости в широком диапазоне, то при номинальной нагрузке и максимальной скорости коэффициент мощности не может быть более 0,5, уменьшаясь до 0,3 и

меньше при снижении угловой скорости. Низкий коэффициент мощности частично вызван потреблением дополнительной реактивной мощности,

необходимой для коммутации тиристоров выпрямительного моста в цепи ротора.

Реактивная мощность, потребляемая инвертором, тоже снижает общий коэффициент мощности системы. Среднее значение ЭДС инвертора максимально при наименьшей угловой частоты вращения двигателя.

Максимальной ЭДС в идеальном случае соответствует угол управления,

равный 180°, однако в действительности по причине процессов коммутации и запаса на восстановление запирающих свойств тиристоров он несколько меньше 180°. Это приводит к тому, что токи на выходе инвертора опережают соответствующие фазные напряжения, т. е. инвертор работает как генератор опережающей реактивной мощности или как потребитель отстающей реактивной мощности.

Потребление реактивной мощности увеличивается по мере уменьшения угла управления, которое производится с целью снижения ЭДС инвертора и скольжения двигателя. При полной угловой скорости угол управления равен

90°, и кажущаяся мощность инвертора почти полностью реактивная. Для любого значения угла управления активная мощность каскада равна разности соответствующих мощностей, потребляемой двигателем и возвращаемой в сеть инвертором. В то же время полная реактивная мощность состоит из суммы реактивных мощностей двигателя и инвертора,

поэтому коэффициент мощности каскада падает со снижением скорости, так как потребление активной мощности при этом уменьшается.

Каскадные схемы включения асинхронных двигателей целесообразно использовать для двигателей большой мощности, где необходима реализация мощности скольжения, которая может составлять несколько тысяч киловатт. Для уникальных регулируемых электромеханических систем мощность двигателя может достигать 20... 30 тыс, кВт. В этих случаях применение каскадных установок может быть единственно возможным техническим решением.

В то же время применение современных средств преобразовательной техники позволяет создавать каскадные электромеханические системы с хорошими регулировочными свойствами, удовлетворяющими требованиям многих производственных механизмов. Тогда становится оправданным их применение и для двигателей меньшей мощности.

Объем и стоимость оборудования каскадных схем находится в прямой зависимости от диапазона регулирования. Поэтому наиболее выгодно применять АВК при неглубоком регулировании скорости, когда диапазон регулирования не превышает значения D = 2:1. АВК применяют в системах мощных вентиляторов, насосов, компрессоров.

Глава 6.

Переходные процессы в электроприводах

6.1. Общие сведения

Переходным процессом электропривода называют режим работы при переходе от одного установившегося состояния привода к другому, когда изменяются частота вращения, момент, и ток. Причинами возникновения переходных процессов в электроприводах являются либо изменение нагрузки, связанное с производственным процессом, либо внешнее воздействие на электропривод при управлении им, т. е. пуск, торможение,

изменение направления вращения и т.п. Без переходных процессов не совершается работа ни одного электропривода. Даже в простейших нерегулируемых приводах требуется осуществлять пуск, остановку,

реверсирование, которые являются наиболее характерными переходными процессами. Пуск и торможение могут быть основными рабочими состояниями, например в электроприводе строгального станка, насоса безбашенной

водокачки и т.п.

Переходные процессы в электроприводах могут возникнуть также в результате аварий или нарушения нормальных условий электроснабжения

(например, изменение напряжения или частоты сети, несимметрия напряжения и т.п.).

Изучение переходных процессов электропривода имеет большое практическое значение. Правильный выбор мощности электродвигателей,

правильный подбор аппаратов и расчет схем управления, уменьшение расхода энергии при пуске и торможении основаны на знании переходных режимов электроприводов.

Лишь для ограниченного числа исполнительных механизмов можно проектировать электроприводы без учета характера протекания переходных процессов. К ним относятся некоторые редко пускаемые и

длительно работающие механизмы с простейшими пусковыми устройствами. Для большинства же рабочих машин характер протекания переходных процессов должен учитываться, так как он оказывает существенное влияние на работу привода.

Для увеличения производительности механизма необходимо не только выбрать оптимальное значение номинальной частоты вращения, но и стремиться к сокращению длительности переходных режимов привода.

Изучение переходных процессов и влияния на них различных электрических и механических параметров, например напряжения,

сопротивления, индуктивности, махового момента и т. п., необходимо также для правильного выбора способов управления и расчета схем управления [16].

Значение расхода энергии в периоды пуска и торможения имеет особенно существенное значение для часто пускаемых приводов. Поэтому при расчете переходных режимов следует выбирать экономически целесообразные параметры привода и пытаться уменьшить расход энергии при пусковых и тормозных процессах. Переходные процессы в электроприводе характеризуются переходными механическими,

электромагнитными и тепловыми процессами, действующими одновременно и взаимно связанными между собой.

При быстро протекающих процессах изменение теплового состояния электропривода в большинстве случаев не оказывает существенного влияния на другие виды переходных процессов. Поэтому в дальнейшем при изучении переходных процессов в электроприводах изменение теплового состояния двигателя не учитывают.

Внешней причиной, или возмущающим воздействием, вызывающим переходный процесс в электроприводе, могут быть резкие изменения питающего напряжения, механической нагрузки на валу, сопротивления в цепях двигателя.

Электрическая реакция привода на возмущающее воздействие, быстрота