Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них ЭДС

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них ЭДС. Так как роторная обмотка замкнута, то в проводниках ее возникают токи. Ток каждого проводника, взаимодействуя с полем статора, создает электромагнитную силу — Fэм. Совокупность сил всех проводников обмотки создает электромагнитный момент М, который приводит ротор во вращение в направлении вращающего поля.

Частота вращения ротора n2 будет всегда меньше синхронной частоты n1, т.е. ротор всегда отстает от поля статора. Поясним это следующим образом. Пусть ротор вращается с частотой n2 равной частоте вращающегося поля статора n1. В этом случае поле не будет пересекать проводники роторной обмотки. Следовательно, в них не будет наводиться ЭДС и не будет токов, а это значит, что вращающий момент М = 0. Таким образом, ротор асинхронного двигателя принципиально не может вращаться синхронно c полем статора. Разность между частотами поля статора n2 и ротора n1 называется частотой скольжения ∆n.

.

Отношение частоты скольжения к частоте поля называется скольжением:

В общем случае скольжение в асинхронном двигателе может изменяться от нуля до единицы. Однако номинальное скольжение Sн обычно составляет от 0,01 до 0,1 %. Преобразуя выражение, получим выражение частоты вращения ротора:

Обмотка ротора асинхронного двигателя электрически не связана с обмоткой статора. В этом отношении двигатель подобен трансформатору, в котором обмотка статора является первичной обмоткой, а обмотка ротора — вторичной. Разница состоит в том, что ЭДС в обмотках трансформатора наводится неизменяющимся во времени магнитным потоком, а ЭДС в обмотках двигателя — потоком постоянным по величине, но вращающимся в пространстве. Эффект в том и в другом случаях будет одинаковым. В отличие от вторичной обмотки трансформатора, неподвижной, обмотка ротора двигателя вместе с ним вращается.

ЭДС роторной обмотки, в свою очередь, зависит от частоты вращения ротора. В этом нетрудно убедиться, анализируя процессы, протекающие в асинхронном двигателе.

Синхронная частота вращения магнитного поля статора перемещается относительно ротора с частотой скольжения ∆n. Она же наводит в обмотке ротора ЭДС E2, частота которой f2 связана со скольжением S:

Приняв величину номинального скольжения порядка 0,01-0,1, можно подсчитать частоту изменения ЭДС в роторной обмотке, которая составляет 0,5-5 Гц (при f1=50 Гц).

Самозапуск электродвигателей

Основные отличия самозапуска от пуска заключаются в следующем:

— в момент восстановления напряжения все двигатели или их большая часть вращаются, при пуске – стоят;

— при отключении от сети вращающиеся двигатели, подключенные к питающим шинам, развивают на этих шинах ЭДС Ед, и поэтому в момент восстановления напряжения на шинах периодическая составляющая тока самозапуска в начальный момент времени равна

, (2.12)

где Uc – напряжение сети;

zS – суммарное сопротивление от точки приложения ЭДС до источника питания.

— самозапуск происходит при нагруженных двигателях, что увеличивает длительность разгона и нагрев двигателей;

— в самозапуске участвует одновременно группа двигателей, что приводит к значительному снижению напряжения на шинах питания.

Процесс самозапуска состоит из двух этапов: выбега и разгона.

Этап выбега

Как только нарушается электроснабжение, электромагнитный момент двигателя исчезает и начинается процесс остановки агрегата двигатель-механизм под действием момента сопротивления механизма.

По количеству двигателей выбег может быть одиночным или групповым. Одиночный выбег имеет место, когда один электродвигатель оказывается отсоединённым от сети. Выбег такого двигателя называется «свободным». Если отключаются двигатели, подключённые к одной системе шин, то начинается групповой выбег.

Процесс выбега в значительной мере определяется характеристиками приводимых механизмов. Он зависит также и от момента инерции агрегата, его загрузки, начальной скорости, удаленности КЗ и других факторов.

У любого двигателя, отключённого от источника питания, при выбеге в обмотке статора наводится ЭДС. У асинхронных двигателей она невелика, у синхронных – значительна. Величина тока двигателя в процессе восстановления напряжения зависит от величины этой ЭДС. Поэтому необходимо создать выдержку времени для её затухания. У асинхронных двигателей ЭДС затухает быстрее, чем происходит снижение скорости. У синхронных двигателей в первый момент после отключения напряжение возрастает, так как обычно они работают с перевозбуждением, выдавая в нормальном режиме реактивную мощность в сеть. Так как в момент отключения двигателя от сети ток в обмотке возбуждения некоторое время ещё сохраняется, то и ЭДС двигателя снижается медленно. Для ускорения её снижения применяются:

Читать еще:  409 двигатель газ технические характеристики

— включение обмотки возбуждения на гасительное сопротивление; чаще всего эта схема применяется на электромашинных системах возбуждения;

— перевод тиристорного возбудителя в инверторный режим.

Однако на практике нет необходимости гасить поле полностью. Достаточно снизить напряжение до значения 0,5÷0,6 Uном, при котором допустимо несинхронное включение.

При групповом выбеге двигатели оказываются связанными между собой через общие шины. Запасённая ими кинетическая энергия по величине разная у разных двигателей. Имеющие больший запас энергии двигатели переходят в генераторный режим, и у них на валу появляется дополнительный тормозной момент (по сравнению с моментом при свободном выбеге). Двигатели с меньшим запасом кинетической энергии получают дополнительный вращающий момент за счёт подпитки от первых. Выбег всех двигателей происходит по одному закону, синхронно. С уменьшением напряжения синхронность группового выбега нарушается, и при напряжении ниже 0,25UНОМ выбег продолжается как одиночный.

Этап разгона

Бросок тока в момент подачи напряжения определяется по выражению (2.12). Видно, что в самом худшем случае, когда вектор напряжения сети Uc и ЭДС двигателя Ед находятся в противофазе, ток самозапуска может значительно превышать пусковой:

.

Однако ЭДС асинхронного двигателя затухает быстро, и к моменту восстановления напряжения она невелика. Поэтому ток включения при самозапуске асинхронного двигателя ненамного превышает пусковой.

У синхронного двигателя ЭДС в момент восстановления электроснабжения может быть равна напряжению сети или даже превышать его. Соответственно и ток включения может почти в два раза превышать пусковой и вызывать повреждения в двигателе. Однако, если в момент нарушения электроснабжения начинать гасить поле ротора, бросок тока при самозапуске будет практически равен пусковому току.

При восстановлении электроснабжения величина напряжения на шинах устанавливается в соответствии с обычной схемой замещения (рис. 2.26).

Рис. 2.26. Схемы для расчёта напряжения при самозапуске:

одиночном (а); групповом (б); при наличии статической нагрузки (в)

Расчётное сопротивление асинхронного двигателя хд, участвующего в самозапуске, определяется следующим образом:

хд= ,

где – базисные мощность и напряжение;

Sп – расчётная пусковая мощность двигателя при номинальном напряжении и заданном скольжении.

Sп= ,

где Рном, cosjном, hном – номинальные параметры двигателя;

k – кратность пускового тока при скольжении s в момент восстановления питания.

Асинхронный двигатель при наличии напряжения на его зажимах будет разгоняться только в том случае, если развиваемый им вращающий момент будет больше момента сопротивления механизма.

Таким образом, для обеспечения разгона двигателя достаточно выполнить условие

Двигатель при самозапуске разгоняется медленнее, чем при пуске. Более длительный разгон вызывает нагрев двигателя. Поэтому успешным считается такой самозапуск, когда двигатель разгонится до рабочей скорости и при этом температура обмоток не превысит допустимого значения.

Практически все асинхронные двигатели, выпускаемые промышленностью, допускают возможность, как минимум, одного самозапуска без превышения температуры обмоток сверх допустимой. Поэтому обычно при расчётах самозапуска асинхронных двигателей тепловых расчётов производить не требуется.

В общем случае определение возможности самозапуска асинхронного двигателя складывается из следующей последовательности расчетов:

— определяется снижение скорости (увеличение скольжения) за время перерыва электроснабжения и скольжение в момент восстановления напряжения;

— определяется напряжение на зажимах двигателя в момент восстановления электроснабжения;

— рассчитывается вращающий момент двигателя для полученного выше напряжения;

— момент сопротивления механизма определяется по его характеристике, которая должна быть задана;

— если условие М > Мс выполняется, то самозапуск обеспечен.

Иногда для определения возможности самозапуска производят упрощённый расчёт. Достаточно получить значение напряжения на зажимах электродвигателя и проверить условие

Читать еще:  Шумит двигатель при больших оборотах

,

при выполнении которого самозапуск будет успешным. Однако такой приём возможен только для двигателей механизмов, момент сопротивления которых зависит от скорости вращения (скольжения).

Анализ влияния внутренней обратной связи по ЭДС двигателя. Компенсация влияния ЭДС двигателя

В системе регулирования электроприводом изменение ЭДС двигателя, возникающее при изменении его скорости, является для токового контура возмущением и приводит к отклонению тока якоря от значения, задаваемого входным сигналом. В пуско-тормозных режимах работы это приводит к снижению якорного тока ниже уровня токоограничения. По этой же причине происходит увеличение тока якоря в стопорных режимах, когда момент сопротивления значительно превышает максимально допустимое предельное значение для механизма.

Рисунок 2.3- Зависимость с обратной связью по ЭДС

Рисунок 2.3- Зависимость без обратной связи по ЭДС

Определим величину относительной ошибки по току от действия ЭДС двигателя и сравним ее с указанной допустимой ошибкой.

Относительная величина недоиспользования двигателя по току в %

Заданная допустимая ошибка в контуре тока при постоянном задании тока составляет .

Поскольку полученное значение относительной ошибки по току превышает заданное, то необходима компенсация ЭДС двигателя.

Для этого на вход регулятора тока заводится положительная гибкая обратная связь по ЭДС, но так как электропривод работает при постоянном магнитном потоке, то можно использовать сигнал обратной связи по скорости (рисунок. 2.4).

Передаточная функция компенсирующего звена имеет вид

,

где .

Рисунок 2.5 — Зависимость при компенсации обратной отрицательной связи по ЭДС

Оценка нарастания скорости якорного тока

Одним из параметров требующих ограничения быстродействия системы регулирования, является предельная скорость нарастания якорного тока Это ограничение накладывается условиями коммутации двигателя постоянного тока и особенностями механического оборудования исполнительного механизма (ограничение скорости нарастания момента).

Скорость нарастания якорного тока определяется из выражения:

,

где — относительное значение заданного тока в контуре;

,

Допустимая скорость нарастания якорного тока в соответствии с заданием на курсовой проект составляет , поэтому необходимы дополнительные меры по ограничению скорости нарастания якорного тока.

Для ограничения скорости нарастания якорного тока используется задатчик интенсивности тока (ЗИТ) с постоянной времени .

,

где — напряжение нелинейного элемента.

Структурная схема ЗИТ представлена на рисунке 2.6.

Рисунок. 2.6-Структурная схема ЗИТ

Построение контура регулирования скорости

Контур регулирования скорости. Оценка заданной точности регулирования

Рассчитаем статическую просадку скорости при номинальной нагрузке и сделаем вывод о необходимом типе регулятора скорости.

В системе регулирования с П-регулятором скорости статический момент приводит к просадке скорости, равной

Статическая ошибка по положению

Такая статическая просадка по положению с точки зрения технологии не допустимо большая, поэтому применим двухкратноинтегрирующую систему регулирования скорости, структурная схема которой приведена на рисунке 2.6. Где контур регулирования тока является внутренним по отношению к контуру регулирования скорости. Передаточная функция замкнутого контура тока имеет вид оптимальной передаточной функции второго порядка.

Коэффициент регулятора скорости

.

Передаточная функция регулятора скорости

Так как в числителе регулятора скорости есть форсирующее звено, то это приведет к увеличению перерегулирования тока. Для компенсации на вход регулятора скорости ставится фильтр, имеющий передаточную функцию

.

Передаточная функция замкнутого контура регулирования тока имеет вид

.

Дата добавления: 2018-04-05 ; просмотров: 525 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Влияние ЭДС двигателя на работу токового контура, компенсация влияния ЭДС.

При построении контура тока внутренняя обратная связь по ЭДС не учитывались

(*)

С учетом ЭДС якорная цепь представляется как звено с передаточной функцией (*) содержащей дифференциальную часть.

В статических режимах контур тока оказывается статическим с коэф. усиления Тм/(Тм + 2Тm)

При разгоне от ЗИ увеличивается скоростная установившаяся (статическая) ошибка между заданной скоростью и фактической.

В динамике на вид переходного процесса оказывает влияние соотношения параметров Тм, Тэ, Тm .

Как правило внутренняя обратная связь увеличивает перерегулирования в токе заданной САР скорости.

Читать еще:  Что такое невтыковый двигатель

Влияние внутренней обратной связи по ЭДС можно не учитывать если Тм / Тm = 8 ¸ 10.

В качественных электроприводах для снижения отрицательного влияния обратной связи по ЭДС необходимо применять специальные меры. Для нейтрализации внутренней обратной связи по ЭДС, на дополнительный вход РТ или на дополнительный вход выходного пропорционального суммирующего регулятора тока (в КТЭ адаптивный регулятор тока).

Особенности режимов работы и требования к электроприводам механизмов экскаваторов. Варианты САР электроприводов.

По своим констркциям и особенностям ЭП делится на 2 группы:

1) Экскаватор мех. лопата.

По аналоги с мех. Кранов можно выделить основные механизмы:

1) Мех. Передвижения всего экс.;

2) Мех. Поворота платформы;

3) Мех. Подъема ковша;

4) Мех. Перемещения рукояти;

5) Мех. Открывания днища ковша;

Отличительной особенностью работы мех-ов экскаватора явл-ся то, что основной мех. связан с движением через упругие канаты и при нормальной работе возможен режим внезапного стопорения. При внезапном стопорении в упругих эл-тах кинематической схемы м/у двигателем и механизмом возникают электромеханические колебания.

Кинем. схема и ПП стопорения привед. на рис. 1.1

Степень колеб-ти ПП хар-ся коэфф-том динамичности, кот. Обозначается:

M12 – амплитуда колебаний момента, возникающие при стопорении.

ωнач – начальная скорость стопорения

С12 – коэф-т жесткости канатов.

J1 – момент инерции подвижной части, которая застопорилась.

Этот режим является нормальным при работе экскаватора.

Наиболее приемлемым в плане гашения упругих колебаний в ЭП достигается путем применения мех. хар-ки типа 3 (рис1.1 (б)) Достигается путем применения коэф-то отсечки: ;

Для мех-ов подъема Котс = 0,7 — 0,8; Для мех-ов поворота Котс = 0,85 — 1;

Для мех (подачи) напора Котс = 0.6 – 0,7

Мех–кая хар-ка должна иметь калон в начале. Жесткость хар-ки должна быть снижена в начальной зоне для того чтобы получить возможность оценить степень нагрузки мех-ма и вовремя исключить возможность внезапного стопорения.

Требования предъявляемые к ЭП экскаваторов:

1)Регулирование скорости в диапазоне минимум (4-10):1

2)Получение экскаваторной хар-ки с заданным коэф-том отсечки

3)Ограничение ускорений и рывков, что особенно актуально для поворота мех-ма экскаватора

4)Надежность работы в условиях далеко не простых окруж. Среды

5)Для мех-ма поворота Котс = 0,95 – 1, т.к. нет канатов в этом мех-ме. Это позволяет исключить возникновение значит. мех-ких усилий.

6)Удержание груженного ковша в заданном верхнем положении методом электрич. торможения.

Особенности ЭП

До наст. времени в экскаваторах используется система Г-Д. Обычно в машинном отделении на платформе устанав. 4х машинный агрегат: приводной синхронный дв-ль и 3 генератора (все на одном валу). Ген-ры питают дв-ли мех-ма поворота, напора. Возбуждение Д-лей и Ген-ро осущ-ся от тиристорных возбудителей. Питание синх-го дв-ля (U=3-6 кВ) осущ-ся с помощью шибкого высоковольтного кабеля. САР на последних моделях реализована по принципу подчин. регулирования (3х контурная) предусмотрен дополнительный внутр. контур регулирования напряжения ген-ров.

Так же для новых экскаваторов разработаг тир. пребоб – двигатель. В этом случае в машинном отделении устанавливается 4х обмоточный высоковольтный …. а каждая обмотка обеспечивает питание 3х реверсив. тир. преобразователей соотвеств-щих мех-му экскаватора (подъем, поворот). Сар выполняется по традиц. Системк 2х контурной.

Комплектные тиристорные ЭП с системой автомат регулирования для общепромышл. использования не м.б. установлен на экскав-рах т.к. не проходит по ряду обстоятельств:

В наст. время в России фирма ОАО «Рудоавтоматика» выпускает спец. тирист. Преобразователи предназначенные для экс-ров типа ПТЭМ и на их базе ЭП типа КЭП-5 и КЭП-10, которые выдерживают условия эксплуатации.

Эта же фирма выпускает комплектные ЭП-ды для ЖП для системы ТВ (тир. возбуд.) — Г-Д для драглайнов ЭШ – 11РУ-У2, для карьерных ЭГ – РУ – У2

В наст. время появились опыты внедрения на экскаваторах частотно-регулируемого АЭП

Силовая схема ЭП экскаватора по системе ТПЧ-АИМ-АД

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector