Регулирование скорости асинхронных

Электроприводов при постоянной скорости

идеального холостого хода (w_о=const)

В эту группу входят все способы регулирования скорости за счет изменения скольжения. Из большого разнообразия изменения параметров АД или напряжения питания в настоящее время наиболее распространены:

1) регулирование величины напряжения с помощью полупроводниковых преобразователей и

2) регулирование активного сопротивления ротора (дискретное или импульсное) АД с фазным ротором.

Система “регулятор напряжения – асинхронный

Электродвигатель (система РН – АД)

Полупроводниковые регуляторы напряжения при регулировании величины напряжения искажают синусоидальную форму кривой. В результате на выходе регулятора напряжения, кроме первой, присутствуют и высшие гармоники. Но электромагнитный момент АД определяется первой гармоникой напряжения. Влияние высших гармоник невелико и им можно пренебречь при оценке электромеханических свойств электропривода в установившемся режиме. В основном высшие гармоники напряжения создают дополнительные потери мощности и помехи в системе управления и регулирования. Уровень помех от высших гармоник регламентируется национальными и международными стандартами. Кроме того, обычно регулятор напряжения имеет нелинейную регулировочную характеристику.

В дальнейшем рассмотрении системы РН – АД мы будем учитывать линеаризованные характеристики всех элементов, составляющих систему электропривода.

Здесь уместно заметить, что система РН – АД применяется часто не для регулирования скорости, а для уменьшения постоянных потерь мощности (в стали DР_ст.1 и на намагничивание DР_m ) при нагрузках двигателя, близких к холостому ходу. В этом случае напряжение U₁ на статоре АД изменяется по закону

(8.34)

что обеспечивает постоянную перегрузочную способность двигателя и снижение потерь мощности

(8.35)

при моментах М< М_ном.

Несмотря на некоторое увеличение потерь от высших гармоник, использование закона (8.34) регулирования напряжения АД в функции момента (или тока статора) позволяет получить значительную экономию электроэнергии в масштабах страны, поскольку асинхронные двигатели потребляют примерно 90% электроэнергии, идущей на питание всех электродвигателей, или, по-другому, примерно 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Поэтому данный способ энергосбережения широко применяется в настоящее время и он еще не исчерпал все свои возможности.

Что касается регулирования скорости АД при уменьшении напряжения питания U₁ и постоянной частоте f₁=f_1ном, то вследствие неудовлетворительных механических характеристик АД в разомкнутых системах применяются, главным образом, замкнутые системы РН – АД с отрицательной обратной связью по скорости (рис.8.6). Напряжение, поступающее на обмотку статора АД, можно записать в виде

(8.36)

где К_рн, К_рс – коэффициенты усиления регулятора напряжения РН и регулятора скорости РС,

К_ос – коэффициент обратной связи по скорости (крутизна характеристике тахогенератора ТГ),

U_з – задающее напряжение.

Электромагнитный момент пропорционален квадрату напряжения:

(8.37)

где М_е(s) – момент АД на естественной механической характеристике при данном скольжении s. При работе АД в системе РН – АД с U_з=const можно линеаризовать зависимость момента от напряжения, приняв

(8.38)

где

(8.39)

Определяем U₁ из (8.38) и подставляем в (8.36):

(8.40)

откуда получаем уравнение линеаризованной механической характеристики АД в замкнутой по скорости системе РН – АД:

(8.41)

Обозначим

(8.42)

(8.43)

тогда

(8.44)

где w_о.з – скорость идеального холостого хода АД на линеаризованной механической характеристике (фиктивная величина),

b_з.с – модуль жесткости линеаризованной механической характеристики.

При рассмотренных условиях линеаризованная механическая характеристика в пределах рабочей зоны, ограниченной характеристиками w=F(M, U_з._min) и w=F(M, U_з._max), выражается уравнение прямой (8.44). Точки 1–5 механической характеристики АД в замкнутой системе соответствуют различным значениям относительного напряжения g, поэтому линейную механическую характеристику электропривода в замкнутой системе можно рассматривать как множество точек, расположенных на разных механических характеристиках АД при разных значениях напряжения питания. При приближении механических характеристик к граничным в действительности происходит заметное отклонение от прямых (штрих-пунктирные кривые на рис.8.7). Скорости w_{о, з} идеального холостого хода являются фиктивными величинами, соответствующими точкам пересечения линейной механической характеристик с осью w.

Потери мощности в цепи ротора при данном способе регулирования скорости пропорциональны скольжению. Поэтому допустимый по условиям нагрева момент для самовентилируемого АД можно определить из равенства:

(8.45)

(8.46)

где

(8.47)

Со снижением скорости уменьшается b_ох и увеличивается скольжение s, что приводит к уменьшению допустимого момента М_доп (см.рис.8.7). Этот недостаток ограничивает область применения регулируемого электропривода по системе РН – АД механизмами с вентильным характером нагрузки или кратковременной работой на пониженной скорости, чтобы температура обмоток АД не превысила допустимых значений.

Если АД должен длительно работать на пониженной скорости с номинальным моментом, то из выражения

(8.48)

можно найти коэффициент завышения габаритной мощности двигателя

(8.49)

где

(8.50)

(8.51)

Р_ном – номинальная (габаритная) мощность двигателя,

Р_доп – допустимая по условиям нагрева мощность.

Найдем связь между коэффициентом l_р и диапазоном D регулирования скорости в системе РН – АД:

(8.52)

Представляя (8.52) в виде

(8.53)

и используя (8.49) в (8.53), найдем

(8.54)

Подставляя (8.14) в (8.53), получим окончательное выражения для коэффициента завышения габаритной мощности самовентилируемого АД, работающего с номинальным моментом в диапазоне D регулируемых скоростей:

(8.55)

где b_о определяется по (8.15).

Если статический момент М_с является квадратичной функцией скорости, т.е.

(8.56)

то допустимой по условиям нагрева момент найти из условия теплового равновесия

(8.57)

откуда

(8.58)

Поступая аналогично предыдущему, найдем выражение для коэффициента завышения габаритной мощности самовентилируемого АД, работающего с вентиляторной нагрузкой:

(8.59)

Возьмем например: АД типа 4А с s_ном=0, 04 и D=3, b_о=0, 5.

При работе с номинальным моментом необходимо завышение габаритной мощности

Самовентилируемый АД типа МТК с s_ном=0, 125 и D=3, b_о=0, 5 требует

Если этот АД будет работать с вентиляторной нагрузкой, то требуемое завышение габаритной мощности составит

т.е. при данном диапазоне регулирования не надо завышать мощность двигателя.

Следовательно, для регулируемых электроприводов по системе РН-АД целесообразно выбирать двигатели с повышенным скольжением или использовать АД с фазным ротором и добавочным сопротивлением.

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒