Электромеханическая и механическая характеристика двигателя с фазным ротором

Электромеханическая и механическая характеристика двигателя с фазным ротором

ГЭУ переменного тока с асинхронным гребным электродвигателем с фазным ротором

Гребные- электрические установки с асинхронными электродвигателями с фазными роторами обладают более высокими маневренными качествами по сравнению с другими ГЭУ переменного тока.

Принципиальная схема ГЭУ переменного тока с асинхронным электродвигателем с фазным ротором представлена на рис. 81. Схема включает в себя приводной двигатель ЯД, синхронный генератор Г, гребной электродвигатель Д, реверсивный переключатель РП, реостат Rper и возбудительный агрегат, состоящий из генератора постоянного тока — возбудителя В и его приводного двигателя — короткозамкнутого асинхронного электродвигателя АД.

Рис. 1. Схемы главного тока ТЭГУ переменного тока.

Рис. 2. Схема главного тока ДЭГУ переменного тока.

Возбудительный агрегат предназначен для питания обмотки возбуждения генератора. Приводной двигатель возбудителя включается в общесудовую сеть переменного тока. Навешивание возбудителя на приводной двигатель генератора обычно не применяется из-за необходимости изменения угловой скорости генераторов.

Рис. 3. Принципиальная схема ГЭУ переменного тока с асинхронным гребным электродвигателем с фазным ротором.

Как всякий электродвигатель переменного тока, асинхронный двигатель с фазным ротором состоит из статора и ротора. На статоре размещается трехфазная обмотка, соединяемая в треугольник или в звезду и подключаемая к генератору через шины электродвижения.

Особенностью двигателя является наличие трехфазной обмотки на роторе, каждая фаза которой выведена на контактное кольцо. Посредством трех контактных колец, установленных на валу ротора, и скользящих контактов — щеток трехфазная обмотка ротора выведена на регулируемый трехфазный реостат /?рег. Наличие реостата в цепи ротора асинхронного электродвигателя позволяет в определенных пределах осуществлять плавное регулирование угловой скорости гребного вйла.

Вращающееся магнитное поле статора, пересекая обмотку ротора, наводит в ней э. д. е., а так как эта обмотка замкнута через контактные кольца на сопротивление реостата, то по ней потечет ток. Ток обмотки ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным потоком статора, образует вращающий момент ротора, вызывающий вращение ротора двигателя.

На рис. 82 приведены механические характеристики асинхронного гребного электродвигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях в цепи ротора. Как видно из этого рисунка, увеличение сопротивления ротора увеличивает наклон механической характеристики и критическое скольжение и снижает значение угловой скорости двигателя при одном и том же значении вращающего момента.

Вращающий момент Ми двигателя при включении статора и при угловой скорости, равной нулю, называется пусковым или начальным моментом. Его величина при выведенном реостате в цепи ротора, т. е. при работе двигателя на естественной механической характеристике, составляет (1 — 1,8)Мном. Введение сопротивления в цепь ротора увеличивает пусковой момент двигателя.

Рис. 4. Механические характеристики гребного асинхронного электродвигателя с фазным ротором.

Помимо использования реостата в цепи ротора возможны еще два способа регулирования угловой скорости гребного асинхронного электродвигателя с фазным ротором:
1) изменением числа пар полюсов обмоток статора и ротора и 2) изменением частоты напряжения, подводимого к двигателю. Эти способы вытекают из рассмотрения уравнения угловой скорости двигателя:

Первый из указанных способов практически не применяется, так как требует использования более дорогого и тяжелого гребного двигателя специальной конструкции, имеющего несколько обмоток с различным числом пар полюсов или одну обмотку, допускающую переключение числа пар полюсов статора и ротора. Кроме того, регулирование получается ступенчатым с небольшим количеством ступеней (две — три).

На рис. 5,а показаны механические характеристики гребного асинхронного электродвигателя при изменении частоты питающего напряжения. Как видно, этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости, диапазон которого зависит от диапазона регулирования угловой скорости приводного двигателя синхронного генератора. Необходимость регулирования угловой скорости приводного двигателя намного снижает достоинства рассматриваемого способа регулирования угловой скорости гребного электродвигателя. Регулирование частотой применяется обычно при пусках и реверсах гребного электродвигателя.

Рис. 5. Механические характеристики асинхронного электродвигателя при изменении частоты (а) и напряжения (б).

Большое влияние на электромеханические свойства гребного асинхронного электродвигателя оказывает величина подводимого к двигателю напряжения. Изменение ее очень мало влияет на угловую скорость двигателя, так как синхронная угловая скорость поля от напряжения не зависит. Однако напряжение оказывает большое влияние на величину вращающего момента двигателя: вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату подводимого напряжения. На рис. 83,6 представлены механические характеристики гребного асинхронного электродвигателя при различных значениях подводимого напряжения.

Зависимость вращающего момента асинхронного гребного электродвигателя от напряжения широко используется для форсирования реверса ГЭУ и реверса судна.

Принципиально для реверсирования асинхронного гребного электродвигателя достаточно переключить две фазы его статора с помощью реверсивного переключателя. В этом случае направление вращения магнитного поля статора изменяется на противоположное и двигатель реверсируется.

Однако особенности работы асинхронного электродвигателя в составе гребной электрической установки существенно усложняют операции по реверсированию двигателя.

Прежде всего перед отключением и переключением реверсивного переключателя необходимо снять возбуждение синхронного генератора, чтобы переключение цепи главного тока осуществлялось без напряжения. Это позволяет намного упростить конструкцию реверсивного переключателя. Кроме того, простое переключение с целью реверсирования двух фаз двигателя значительно затягивает реверсирование судна.

Действительно, рассмотрим совместно реверсивную характеристику гребного винта и механические характеристики асинхронного двигателя в период реверсирования.

Читать еще:  Двигатель ваз 2106 чем отличается от двигателя ваз 2121

Работа ГЭУ при направлении вращения гребного электродвигателя, соответствующем полному ходу вперед, характеризуется точкой В— точкой пересечения механической характеристики двигателя ABCDE с характеристикой момента сопротивления на гребном валу Мв. В этом режиме двигатель вращается с номинальной угловой скоростью и развивает номинальный вращающий момент.

Рис. 6. Реверсивные характеристики ГЭУ с асинхронным гребным электродвигателем.

При значительных скольжениях существенно возрастает частота тока в роторе, равная частоте тока в статоре, умноженной на скольжение. Вместе с тем соответственно увеличивается индуктивное сопротивление ротора, пропорциональное частоте тока статора. В результате ощутимо снижается величина cos ср2.

Описанные явления приведут к тому, что, работая в режиме, характеризуемом точкой Еь двигатель будет обтекаться значительным током, перегревающим машину,“ а развиваемый момент будет очень малым. Гребной электродвигатель в этих условиях не сможет не только реверсировать гребной винт, но даже затормозить его, и время реверса недопустимо затянется.

Необходимо принимать эффективные меры по значительному увеличению момента асинхронного двигателя в период реверсирования судна. Возможны три способа приведения вращающего момента гребного асинхронного электродвигателя с фазным ротором в соответствие с моментом сопротивления на валу в период реверсирования:
1) снижение частоты, 2) введение сопротивления в цепь ротора и 3) увеличение напряжения, подводимого к двигателю, путем увеличения тока возбуждения генератора. Влияние каждого из этих способов на форму механической характеристики двигателя рассмотрено выше.

Обычно реверсирование ГЭУ осуществляется с одновременным использованием всех трех указанных способов. В результате процесс реверсирования ГЭУ с асинхронным электродвигателем с фазным ротором протекает следующим образом.

Рис. 7. Реверсивные характеристики ГЭУ с асинхронным гребным электродвигателем при изменении частоты, сопротивления в цепи ротора и подводимого напряжения.

Перед реверсированием снижается угловая скорость приводного двигателя синхронного генератора по сравнению с номинальной. Соответственно снижается частота напряжения, подводимого к двигателю, и его механическая характеристика приобретает форму кривой. Далее снимается возбуждение с синхронного генератора, переключается реверсивный переключатель, в цепь ротора двигателя вводится сопротивление, увеличивается возбуждение синхронного генератора до максимального, и критический (максимальный) момент двигателя значительно возрастает. После того как винт реверсируется, фор-сировка возбуждения генератора снимается, сопротивление из цепи ротора двигателя выводится, угловая скорость двигателя и частота тока увеличиваются, а вместе с этим угловая* скорость гребного вала также увеличивается при вращении винта в обратную сторону.

Обладая относительно высокими маневренными качествами, гребные асинхронные электродвигатели с фазным ротором наряду с этим имеют и существенные недостатки. Коэффициент полезного действия и coscp этих двигателей ниже, чем у синхронных, причем значения коэффициента мощности особенно снижаются при перегрузках. В результате при одинаковой мощности на гребном валу для питания асинхронного двигателя потребуется генератор более мощный, чем для питания синхронного двигателя. Наличие пусковых и регулировочных сопротивлений также увеличивает массу и стоимость ГЭУ в целом, а наличие контактных колец на роторе снижает надежность установки. Эксплуатация ГЭУ с асинхронными двигателями с фазным ротором, в частности при осуществлении частых реверсов, связана с необходимостью в строгой последовательности манипулировать частотой и напряжением генераторов и сопротивлениями в цепи ротора гребного электродвигателя.

Отмеченные недостатки в большой мере ограничивают область применения ГЭУ переменного тока с асинхронными гребными электродвигателями с фазным ротором.

Электропривод и электрооборудование (стр. 3 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6

В якорную цепь вводится дополнительное сопротивление, ограничивающее ток якоря.

Рисунок 14 – Характеристики ДПТ ПВ при торможении противовключением

Электропривод работал в точке а, при переключении полярности и включении ограничивающего сопротивления происходит переход в точку в, начинается процесс торможения противовключением – участок вс. В точке с торможение заканчивается, схема управления должна отключить двигатель, иначе произойдет разгон ЭП до — wуст.

4 Свойства и характеристики ЭП с ДПТ смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения ДПТ СВ имеет две обмотки (рисунок 15): независимую ОВ2 и последовательную ОВ1, поэтому его механические характеристики занимают промежуточное положение между ДПТ независимого и последовательного возбуждения.

Магнитный поток ДПТ СВ представляет собой сумму двух составляющих потока от двух обмоток возбуждения (рисунок 16).

Рисунок 15 — Схема включения ДПТ СВ

Рисунок 16 – Зависимость магнитных потоков ДПТ СВ от тока якоря

При токе стремящемся к I=–I1, магнитный поток стремится к нулю и двигатель может быть размагничен, поэтому для избежания размагничивания при торможении с отдачей энергии в сеть (кв. II) при переходе через ω0 последовательную обмотку шунтируют (поэтому во втором квадрате механические характеристики имеют вид прямых, как в ДПТ НВ). Такой же вид имеют и характеристики динамического торможения, т. к. при динамическом торможении задействована только независимая ОВ (рисунок 17).

Рисунок 17 – Характеристики режимов работы ДПТ СВ

Имеется конечное значение w0 ( w0= — магнитный поток от независимой обмотки). Построение механических и электромеханических

характеристик ведется, как и для ДПТ ПВ по универсальным характеристикам. Регулирование частоты вращения и режимы торможения аналогичны ДПТ независимого и последовательного возбуждения.

Механические характеристики асинхронных двигателей

Вопросы

1) Общие сведения по ЭП с асинхронными двигателями (АД)

Читать еще:  Автономный контроллер шаговым двигателем схема

2) Вывод и анализ механических характеристик АД с к. з. ротором

3) Расчет механических характеристик АД по паспортным данным

1 Общие сведения

ЭП с трехфазным асинхронным двигателем является самым массовым видом привода в промышленности и сельском хозяйстве. Такое положение определяется простотой изготовления и эксплуатацией АД, их меньшими (по сравнению с ДПТ) массой, габаритами и стоимостью, а также надежностью.

Таблица 1 – Сравнительная характеристика АД различных серий

Мощность удельная, кг/кВт

cos

В серии АИ по сравнению с 4А:

— снижение шума на 10-15 Дб;

— масса уменьшилась на 10-15%;

— провода с температурным индексом F=1550C;

— температура нагрева снижена на 150С.

Двигатели предназначены для работы в режимах S1…S8 в цепях переменного тока, f=50 Гц, U=220, 380, 660 В. По требованию заказчика могут выполняться на другие напряжения и f=60 Гц.

Модификации и конструктивные особенности АД имеют очень широкий диапазон: с повышенным пусковым моментом и скольжением; с фазным ротором; встраиваемые; маломощные; со встроенной температурной защитой; с электромагнитным тормозом; химостойкие и т. д. АД различаются по климатическому исполнению и категории размещения.

Основной областью применения АД до недавнего времени являлся нерегулируемый ЭП. В последние годы в связи с разработкой и серийным выпуском электротехнической промышленностью тиристорных преобразователей частоты и напряжения, стали создаваться регулируемые асинхронные ЭП с характеристиками, не уступающими по своим показателям ЭП постоянного тока. Такая прогрессивная тенденция развивается не только в России, но и за рубежом.

АД выполняется в двух вариантах: с фазным ротором и ротором в виде беличьей клетки.

2 Вывод и анализ уравнения механической характеристик АД

Воспользуемся упрощенной П-образной схемой замещения асинхронного двигателя (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема замещения АД:

Uф – фазное напряжение сети;

I1 – фазный ток статора;

Iμ – ток намагничивания;

I’2 – ток приведенный ротора;

Х1, Х’2 – индуктивные сопротивления от потоков рассеяния фазы обмотки статора и приведенное фазы ротора;

R1,R’2 – первичные и вторичные приведенные активные сопротивления;

Rμ, Xμ — активное и индуктивное сопротивление контура намагничивания;

S – скольжение АД ( );

w0 – угловая скорость поля статора ();

f – частота питающего тока;

р – число пар полюсов АД.

В соответствии с приведенной схемой замещения можно получить выражение для вторичного тока

, (1)

где Хк – индуктивное сопротивление двигателя при коротком замыкании.

Из выражения (1) и схемы замещения следует, что ток в цепи ротора зависит от скольжения. При S=0, т. е. когда поля вращающегося ротора и статора равны w=w0 (ток ротора равен 0). При S=1, т. е. когда ротор не вращается (ток равен пусковому, т. е. max).

Из (1) следует, что ток пусковой зависит от параметров двигателя (R1, R’2, X1, X’2) и напряжения сети Uф, и не зависит от нагрузки.

Пусковой ток АД обычно в 5…8 раз превышает номинальный. Большие пусковые токи приводят к значительному падению напряжения в сети, что вредно отражается на уже работающих от этой сети приемниках.

Кратность пускового тока важная характеристика, приводимая в каталогах .

При составлении схемы замещения были приняты следующие допущения: активное сопротивление ротора не зависит от частоты вторичной цепи, насыщение магнитной системы не влияет на реактивные сопротивления обмоток ротора и статора, проводимость намагничивающего контура остается постоянной, т. е. ток намагничивания зависит только от приложенного напряжения, отсутствуют добавочные потери и высшие гармонические составляющие МДС.

С учетом этих допущений: мощность Р1, потребляемая двигателем из сети, расходуется на потери Ро в намагничивающем контуре, потери в меди Рм обмотки статора и преобразуется в электромагнитную мощность Рэм

, (2)

где m – число фаз.

С другой стороны

или Рэм=Мw0 или ,

подставляя I’2 получим

. (3)

Из (3) следует, что момент зависит от напряжения сети (АД очень чувствителен к колебаниям сети).

Исследование полученной зависимости М=f(S) на экстремум, которое осуществляется нахождением производной dM/dS и

приравниванием ее к нулю, обнаруживает наличие двух экстремумов момента и скольжения

, (4)

где + — двигательный или торможение противовключением;

— — генераторный режим параллельно с сетью;

, (5)

( + двигательный, — генераторный режимы).

Важно отметить Sк не зависит от напряжения.

Если (3) разделить на (4) получаем

, (6)

где МК – максимальный (критический) момент;

SК – критическое (max) скольжение;

Максимальный момент для генераторного режима можно найти аналогично, беря SК с отрицательным знаком.

Величина Мmax в генераторном режиме будет больше, чем в двигательном, что связанно с падением напряжения в активном сопротивлении цепи статора.

Если в уравнении (6) пренебречь активным сопротивлением статора (!), то получится формула удобная для расчетов

. (7)

Если в (7) вместо текущих значений момента и скольжения подставить их номинальное значение Мном и Sном и обозначить , то может получено выражение связывающее критическое и номинальное скольжение

) для Р>10кВт,

для Р w0 – генераторный параллельно с сетью (рекуперативное торможение),

Торможение асинхронной машины противовключением

Еще одним способом осуществления электрического торможения асинхронного электродвигателя является торможение противовключением. Этот способ применим только для машин с фазным ротором.

Читать еще:  Ядерный двигатель своими руками

Торможение противовключением – это такой режим работы электродвигателя, при котором происходит вращения электродвигателя рабочим органом в сторону, противоположную направлению момента асинхронной машины (ротор вращается в направлении обратном вращению поля магнитного статора).

При останове ротора машины ток в нем будет достигать 5-6 кратных значений. В режиме противовключения, когда s>1, роторный ток будет еще больше, а момент машины, в следствии большого роторного тока и, как следствие увеличения его реактивной составляющей, будет мал. Для повышения момента в цепь ротора включают активное сопротивления большого значения. Таким образом, осуществляют торможение на прямолинейном участке характеристики, крутизну которого будет определять активное роторное сопротивление. Механическая характеристика работы в режиме противовключения асинхронного электродвигателя при спуске груза ниже:

Огромным недостатком таких характеристик есть их довольно большая крутизна, трудность получения малых скоростей при опускании груза, а также возможны довольно значительные колебания скорости при опускании груза даже при незначительном изменении его веса. Но, несмотря на эти недостатки в практике все еще довольно часто можно встретить торможение противовключением в электроприводах подъемно-транспортных механизмов.

В случае действия реактивного статического момента характеристика торможения противовключением будет выглядеть так:

Также необходимо учесть и то, что для устранения возможного самопроизвольного реверса рабочей машины при достижении малой скорости (близкой к нулю), электродвигатель необходимо отключить от сети.

Расчет механической характеристики могут производить по выражениям:

Но более практический интерес представляют определение сопротивления противовключения, которое можно вычислить по формуле:

В этом случае в осях М и s строится линейная часть естественной характеристики и требуемая механическая характеристика противовключения:

Значения скольжений естественной se и искусственной su, взятые из рисунка, дают возможность определить значения r2 / + rд / и, следовательно, rд / .

Электрооборудование торфопредприятий — Электромеханические свойства электродвигателей постоянного тока смешанного возбуждения

Содержание материала

  • Электрооборудование торфопредприятий
  • Электроприводы
  • Уравнения электропривода
  • Характеристики электроприводов
  • Свойства электродвигателей
  • Свойства трехфазных двигателей
  • Регулирование скорости асинхронных
  • Свойства синхронных двигателей
  • Свойства последовательного возбуждения
  • Свойства смешанного возбуждения
  • Специальные электроприводы
  • Выбор электродвигателей
  • Выбор электродвигателей 2
  • Аппараты до 1000 В
  • Контакторы и пускатели
  • Командные аппараты
  • Электромагниты
  • Реле
  • Плавкие предохранители
  • Автоматические выключатели
  • Станции управления
  • Управление электроприводами
  • Схемы управления электроприводами
  • Электробезопасность
  • Повышение электробезопасности
  • Механическая переработка
  • Машины фрезерного торфа
  • Погрузочные машины
  • Электроприводы механизмов
  • Электроприводы сушильных
  • Электроприводы торфобрикетных
  • Электрификация транспорта
  • Электрооборудование насосных
  • Электроснабжение торфопредприятий
  • Электрооборудование ТП
  • Распределительные устройства
  • Схемы и конструкции ТП
  • Передвижные ДЭС
  • Электрические сети
  • Рационализация электропотребления
  • Эксплуатация и ремонт

Схема включения в сеть электродвигателя смешанного возбуждения приведена на рис. 3-35, а. Магнитный поток возбуждения подобных электродвигателей определяется суммой потоков параллельной (независимой) Физ и последовательной обмоток Φпс:
Ф = Физ + Фпс. (3-43)
Соответственно электромагнитный момент будет определяться выражением
(3-44)
Наличие параллельной обмотки возбуждения дает возможность электродвигателю иметь идеальную скорость холостого хода ω0 и таким образом избежать явления «разноса».
Механические характеристики электродвигателя смешанного возбуждения (рис. 3-35,б) занимают промежуточное положение между характеристиками электродвигателей последовательного и параллельного возбуждения.
Электродвигатель смешанного возбуждения имеет все три способа торможения. При рекуперативном и динамическом торможении, когда ток в цепи якоря изменяет направление на обратное, поток последовательной обмотки становится размагничивающим. Для устранения этого явления при переходе скорости через ω0 последовательную обмотку шунтируют.
Регулирование скорости электродвигателя смешанного возбуждения может производиться изменением сопротивления якорной цепи, изменением тока возбуждения, изменением напряжения и осуществляется теми же методами, что и для электродвигателей последовательного возбуждения.
Пуск электродвигателя смешанного возбуждения осуществляется теми же способами, что и пуск электродвигателей параллельного и последовательного возбуждения.

Вопросы для самопроверки

  1. Что называется механической характеристикой производственного механизма? Как их разделяют?
  2. Что называется механической характеристикой электродвигателя? Как классифицируют механические характеристики?
  3. В каких режимах может работать асинхронный электродвигатель? Приведите примеры различных режимов работы, известные из практики.
  4. Каковы преимущества и недостатки различных способов регулирования скорости асинхронных электродвигателей?
  5. Какие способы торможения асинхронных электродвигателей вам известны и как можно их осуществить?
  6. В каких случаях применяют прямой пуск асинхронного электродвигателя? Укажите достоинства и недостатки прямого пуска.
  7. В чем заключаются достоинства и недостатки пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором введением добавочного сопротивления в цепь ротора? Приведите примеры пуска из практики электроприводов торфяных машин.
  8. Как производится графический расчет пусковых сопротивлений в цели ротора?
  9. Как конструктивно выполняются асинхронные электродвигатели по способу защиты от воздействия окружающей среды?
  10. Как расшифровать типы асинхронных электродвигателей: А92-4, АО92-4, ΑΟΠ41-4, АОС94-6, ΑΚ61-8, Α2-71-2, АО2-81-10? Укажите, какие из этих типов применяются в электроприводах торфяных машин.
  11. В каких тормозных режимах может работать электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения?
  12. Каковы преимущества и недостатки различных способов регулирования скорости электродвигателя параллельного возбуждения?
  13. Какие вы знаете способы пуска электродвигателя независимого возбуждения?
  14. Почему для электродвигателя последовательного возбуждения нельзя получить точное аналитическое выражение механической характеристики?

15. Укажите область применения электродвигателей последовательного возбуждения в установках торфяных предприятий.
16. Поясните, как осуществляется регулирование скорости электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения, установленных на тяговых установках торфотранспорта — электровозе П-КО-1 и теплоэлектровозе ЭД-16.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector