Скачать: tema-3.zip [253,2 Kb] (cкачиваний: 8)  

ТЭП

ЧАСТЬ 3

1.Асинхронная короткозамкнутая машина и машина с фазным ротором.

2.Схема замещения.

3.Формула Клосса.

4.Естественная характеристика и ее построение.

5.Реостатное регулирование скорости.

6.Принцип расчета (построения) искусственных характеристик.

7.Тормозные режимы двигателя: рекуперативное, противовключение и динамическое.

8.Регулирование скорости машины переключением числа пар полюсов.

9.Механические характеристики.

1. Асинхронная короткозамкнутая м. и м. с фр.

Трехфазный АД имеет обмотку статора, подключаемую к трех­фазной сети переменного тока с напряжениемU1 и частотой f1 и обмотку ротора, которая может быть выполнена в двух вариантах. Первый вариант предусматривает выполнение обычной трехфаз­ной обмотки из проводников с выводами на три контактных кольца. 'Такая конструкция соответствует АД с фазным ротором (рис. 5.1, а) (РИС. 25), она позволяет включать в роторную цепь различные электротехнические элементы, например резисторы для регулирования скорости, тока и мо­мента ЭП, и создавать специальные схемы включения АД.

Второй вариант - это выполнение обмотки заливкой алюминия в пазы ротора, в результате чего образуется конструкция, известная под названи­ем "беличья клетка”. Схема АД с такой обмоткой, не имеющей выводов и получившей название короткозамкнутой, представлена на рис. 5.1, б (РИС. 25).

2. Схема замещения.

На РИС. 26 представлена схема замещения АД, на кото­рой цепи статора и ротора представлены своими активными и ин­дуктивными сопротивлениями. Особенность схемы замещения АД состоит в том, что в ней ток, ЭДС и параметры цепи ротора пере­считаны (приведены) к цепи статора, что и позволяет изобразить эти две цепи на схеме соединенными электрически, хотя в действи­тельности связь между ними осуществляется через электромагнит­ное поле. Приведение осуществляется с помощью коэффициента трансформации АД по ЭДС: k=E1/E2=0,95UФ.ном/E2к где Е1 и Е2к - фазные ЭДС статора и ротора при неподвижном рото­ре; Uф.ном. - фазное номинальное напряжение сети. Расчетные формулы приведения имеют вид E′2=E2k=E1; I′2=I2/k; R′2=R2k²; x′2=x2k²,где штрихом обозначены приведенные значения.

В теории электрических машин разработаны и применяются две основные схемы замещения АД - более точная Т-образная и упро­щенная П-образная. На рис. 5.2 (РИС. 26) представлена П-образная схема за­мещения. На рис. 5.2 (РИС. 26) приняты следующие обозначения:U1,U- соответственно действующее значение линей­ного и комплексное фазного напряжения сети; I1 ,Im ,I´2 ,соответ­ственно комплексные фазные токи статора, намагничивания и при­веденный ток ротора; x1 ,x´2 - соответственно индуктивные сопро­тивления от потоков рассеяния фазы обмотки статора и приведен­ное фазы ротора; xµ - индуктивное сопротивление контура на­магничивания; Rc , R1Д, R1 = Rс + R1Д - соответственно активные фазные сопротивления обмотки статора, добавочного резистора и суммарное сопротивление фазы статора; R´р., R´2Д., R´2=R´р +R´2Д –соответственно активные приведенные к обмотке статора фазные сопротивления обмотки ротора, добавочного резистора и суммарное сопротивление фазы ротора; s=(w0-w)/w0 -скольжение АД ; w0=2pf1/p -угловая скорость магнитного поля АД (скорость идеального хо­лостого хода); f1 - частота питающего на­пряжения;p - число пар полюсов АД.

Как видно из рис.5.2, ЭДС статора равна приведенной ЭДС ротора, а ток намагничивания Im ,определяющий маг­нитный поток АД, протекает под дей­ствием Uф по отдельной цепи, состоящей из сопротивлений контура намагничива­ния xm и Rm , и представляет собой век­торную сумму токов статора и приведен­ного роторного, т.е. Iµ =I1 +I´2.

3. Формула Клосса

(1)

Подставляя значение Sк в (1) , находим выражение для максимального момента :

(2)

Знак "+” в равенстве (2) относится к дви­гательному режиму (или торможению противовключением), знак "-” — к генераторному режиму работы параллельно с сетью (при w<i>> w0). Если выражение (1) разделить на (2) и про­извести соответствующие преобразования, то можно по­лучить:

(3)

где Mк — максимальный момент двигателя; sк — критическое скольжение, соответствующее макси­мальному моменту; а = R1/ R2´.

Здесь следует подчерк­нуть весьма важное для практики обстоятельство— влияние изменения напря­жения сети на механичес­кие характеристики асинхронного двигателя. Как видно из (1), при данном скольжении момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, поэтому двигатель этого типа чувствителен к колебаниям напряжения сети. Критическое скольжение и угловая скорость идеального холостого хода не зависят от напряжения. На рис. 3.25 (РИС. 27)приведена механическая характеристика асинхронного двигателя. Ее характерные точки:

1)s=0; M=0, при этом скорость двигателя равна синхронной;

2)s=sном ; M=Mном , что соответствует номинальной скорости и номинальному моменту;

3)s=sк ; M=Mкд - максимальный момент в двигательном режиме;

4)s=1,0; M=Mп =2Mк (1+asк )sк /[1+s²к (1+2a)]- начальный пусковой момент;

5)s=-sк ; M=-Mкг -максимальный момент в генераторном режиме работы параллельно с сетью. При s<i>> 1,0 двигатель работает в режиме торможения противовключением, при s < 0 имеет место генераторный режим работы параллельно с сетью. Необходимо подчеркнуть, что абсолютные значения sк в двигательном и генераторном параллельно с сетью режимах одинаковы. Однако из (3) следует, что максимальные моменты в двигательном и генераторном режимах различны. В гене­раторном режиме работы параллельно с сетью максималь­ный момент по абсолютному значению больше, что следует из соотношенияГде Xк =X1 +X´2Если в уравнении (3) пренебречь активным сопротив­лением статора, то получится формула, более удобная для расчетов:M=2Mк /[s/sк +sк /s] (4) ,здесь sк =± R´2 /Xк ; M=3U²ф /2w0 XкПодставив в выражение (4) вместо текущих значе­ний Ми s их номинальные значения и обозначив кратность максимального момента Mк /Mном через l, получим: sк = sном (l ± √l²-1)

В последнем выражении перед корнем следует брать знак "+”.

4. Построение естественной характеристики.

Значение сопротивления R2 , необходимое для построения естественной и реостатных характеристик двигателя с фазным ротором, определяется из выражения R₂=s_номE_2k/ √3 I_ном, где Е2к, I2ном — линейное напряжение при неподвижном роторе и номинальный ток ротора.

На рис. 3.27 (РИС. 28) приведено семейство реостатных характе­ристик в двигательном режиме в координатных осях М и w для различных значений сопротивлений роторной цепи. С известным приближением реостатные характеристики в ра­бочей их части могут быть приняты линейными. Некоторая неточность в определение сопротивления резистора вносится при этом за счет того, что характеристика асинхронного двигателя на участке графика от М = 0 до максимального момента при пуске считается линейной.

Более точным является метод, когда спрямление харак­теристик производится на меньшем участке. Кратность максимального момента l = Mкд /Mном должна быть у дви­гателей нормального исполнения с фазным ротором не ниже 1,8, a y двигателей с короткозамкнутым ротором не ниже 1,7. Крановые двигатели отличаются более высокой кратностью максимального момента. Например, для дви­гателей с короткозамкнутым ротором серии МТК l = 2,3 — 3,4. Двигатели с фазным ротором упомянутых серий имеют приблизительно те же величины l.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором существенное значение с точки зрения электропривода имеют крат­ности начального пускового момента и начального пуско­вого тока.

На рис. 3.28 (РИС. 29) представлены примерные естественные ха­рактеристики двигателя с нормальным короткозамкнутым ротором, имеющим круглые пазы. Эти характеристики показывают, что двигатель с короткозамкнутым ротором, потребляя из сети весьма большой ток, имеет сравнительно низкий начальный пусковой момент. Кратность началь­ного пускового момента двигателей kп =Mп /Mном =1¸1,8;

а для крановых двигателей kп ³ 1,7.

Кратность пускового тока ki =Iп /Iном =5¸7 .

Отсутствие пропорциональности между моментом дви­гателя и током статора во время пуска (рис. 3.28) (РИС. 29) объяс­няется значительным снижением магнитного потока двига­теля, а также уменьшением коэффициента мощности вторич­ной цепи при пуске.

5. Реостатное регулирование скорости.

Осуществляется введением добавочных активных резис­торов в статорные или

роторные цепи АД . Он привле­кателен простотой своей реализации, но имеет в то же время невы­сокие показатели качества регулирования и экономичности.

Включение добавочных резисторов R1д в цепь статора применяет­ся главным образом для регулирования (ограничения) в переход­ных процессах тока и момента АД с короткозамкнутым ротором. Включение резистора в цепь статора ведет при данной скорости (скольжении) к снижению токов стато­ра и ротора. Другими словами, все искусственные электромехани­ческие характеристики располагаются в первом квадранте ниже и левее естественной. С учетом того, что скорость идеального холос­того хода w0 при включении R1д не изменяется, получаемые искус­ственные электромеханические характеристики можно представить семейством кривых 2... 4, которые расположены ниже естественной характеристики 1, построенной при R1l = 0, причем большему зна­чению R1д, соответствует больший наклон искусственных характе­ристик (рис. 5.6, а) (РИС. 30). Практическая ценность этих характеристик со­стоит в обеспечении возможности ограничения токов АД при пуске.

Для получения искусственных механических характеристик про­анализируем влияние R1д, на координаты их характерных точек.

Скорость х.х. wо = 2pf,/р не изменяется при R1д = var. т. е. все искусственные характеристики проходят через эту точку на оси скорости (скольжения).

Координаты точки экстремума Мк и sк изменяются при варьиро­вании R1д, а именно: при увеличении R1д критический момент и критическое скольжение уменьшаются.

Уменьшается и пусковой момент. Проведенный анализ позволяет представить искусственные механические характеристики 2... 4 АД при R1д = var в виде, показанном на рис. 5.6, б (РИС. 30). Такие характеристики могут использо­ваться при необходимости для снижения в переходных процессах момента АД, в том числе и пускового. В то же время эти искусст­венные характеристики мало пригодны для регулирования скорости АД,так как они обеспечивают небольшой диапазон ее изменения; по мере увеличения R1д жесткость характеристик и перегрузочная способность АД, характеризуемая критическим моментом, сни­жаются; способ имеет и низкую экономичность.

В силу этих недостатков регулирование скорости АД с помощью активных резисторов в цепи его статора применяется редко. Этот способ обычно используется для ограничения токов и моментов АД; короткозамкнутым ротором в различных переходных процессах - при пуске, реверсе и торможении.

Включение добавочных резисторов R2д в цепь ротораприменяется как с целью регулирования тока и момента АД с фазным ротором, так и для регулирования его скорости. Искусственные электромеханические характеристики при R2д = var имеют вид, показанный на рис. 5.6, а (РИС. 30), и могут использоваться для регулирования (ограничения) пускового тока.

Для построения в этом случае искусственных механических ха­рактеристик проводят анализ их характерных точек. Скорость идеального холостого хода АД и его максималь­ный (критический) момент остаются неизменными при регулиро­вании R2д, а критическое скольжение, из­меняется пропорционально сопротивлению этого резистора.

Выполненный анализ позволяет построить естественную 1 (R2д = 0) и искусственные 2 и 3 (R2д3 > R2д2) характеристики (рис. 5.7) (РИС. 31) и сделать вывод о том, что за счет изменения R2д можно повышать пусковой момент АД вплоть до критического значения Мк при од­новременном снижении пускового тока. Это позволяет сохранить перегрузочную способность двигателя, что весьма важно при регу­лировании его скорости.

Рассматриваемый способ имеет следующие показатели: неболь­шой диапазон регулирования скорости из-за снижения жесткости характеристик и роста потерь энергии по мере его увеличения; плавность регулирования скорости, изменяющаяся только вниз от ос­новной, определяется плавностью изменения добавочного резистора R2д, небольшие затраты, связанные с созданием данной системы ЭП, так как для регулирования обычно используются простые и деше­вые ящики металлических резисторов. В то же время эксплуатаци­онные затраты оказываются значительными, поскольку велики по­тери энергии в АД.

С увеличением скольжения s возрастают потери в роторной цепи, т. е. реализация большого диапазона регулирования скорос­ти приводит к значительным потерям энергии и снижению КПД ЭП, следовательно данный способ применяется при небольшом тре­буемом диапазоне регулирования или кратковременной работе дви­гателя на пониженных скоростях, например в ЭП подъемно-транс­портных машин и механизмов.

6. Принцип расчета искусственных характеристик

Задача по расчету резисторов в цепях статора и ротора обычно формулируется следующим образом: известны паспортные данные двигателя; требуется рассчитать сопротивление добавочных резис­торов в цепях ротора или статора, при включении которых искусст­венные характеристики пройдут соответственно через точки с коор­динатами (wи, Iи) или (wи, Mи). Расположение характеристик обычно задается по соображениям регулирования скорости или получения требуемых (допустимых) значений пусковых тока или момента АД.

Расчет резисторов в цепи статора. Рассмотрим наиболее распрост­раненную задачу, когда включение добавочного резистора во все три фазы статора (симметричная схема) должно обеспечить заданную кратность пускового тока a =I1пи /I1пе момента m == Мпи/ mпе, где I1пи , I1пе ,Мпи, Мпе ^- соответственно пусковые токи и моменты АД при включении добавочного резистора и без него.

Введем понятия полного комплексного сопротивления короткого замыкания z , соответствующего моменту пуска АД:

а также активного R и реактивного X сопротивлений короткого замыкания, определяемых по формулам

где cos j - коэффициент мощности АД в момент его пуска.

Тогда для получения заданных кратностей пусковых тока a или момента m требуемое сопротивление добавочного резистора опре­делим по формулам

Основная трудность при использовании формул (5.18) ... (5.21) со­стоит в определении cos j = cos j, значение которого обычно не приводится в справочниках и каталогах.

Расчет резисторов в цепи рото­ра. Обычно требуется определить сопротивление дополнительного резистора R2д , при включении ко­торого АД будет иметь заданную искусственную характеристику или же она будет проходить через заданную точку с координатами (wи , Ми). При этом предполагается, что естественная механическая характеристика АД известна (рассчитана или снята эксперименталь­но), а требуемая искусственная характеристика задана по условиям пуска или регулирования скорости.

Расчет сопротивления добавочного резистора R2д может быть вы­полнен несколькими способами в зависимости от формы задания требуемой искусственной механической характеристики. Если искусственная характеристика задана полностью и опре­делена точка критического момента (например, характеристика 2 на рис. 5.7), то в этом случае расчет основывается на формуле sk=-R2´ / √R1²+xk², с помощью которой находится отношение критических скольже­ний АД на естественной 1и искусственной 2 характеристиках:

где R - сопротивление фазы обмотки ротора АД. Из (5.22) определим искомое значение

Формула (5.23) справедлива не только для критического момен­та Мк, но и для любого фиксированного момента Ми. Таким обра­зом, если задана некоторая точка f искусственной характеристики3 (см. рис. 5.7) с координатами Ми , sи , то искомое сопротивление резистора можно найти по формуле

где sе - скольжение АД на естественной характеристике 1, соответ­ствующее моменту Ми. Отметим, что значение сопротивления обмотки ротора можно найти приближенно по следующей формуле с использованием пас­портных данных АД:

Если искусственная характеристика задана своей рабочей час­тью, то для расчета резисторов можно использовать метод отрез­ков. На рис. 5.7 (РИС. 31) выполнено такое построение, для чего прове­дена вертикальная линия, соответствующая номинальному момен­ту Мном, и отмечены характерные точки а, Ь, с, d, e. Тогда сопротив­ление искомого резистора для получения характеристики 2.

где Rном=E2к / ( Ö3 I2ном)

- номинальное сопротивление АД; E2к-ЭДС ротора при s=1; I2ном-номинальный ток ротора.

С помощью метода отрезков и рис. 5.7 (РИС. 31) при необходимости по естественной характеристике 7 можно найти и сопротивление фазы обмотки ротора

Типовой задачей для ЭП с АД с фазным ротором является рас­чет резисторов в цепи ротора, обеспечивающих заданную пуско­вую диаграмму двигателя. Напомним, что пусковая диаграмма представляет собой совокупность нескольких искусственных меха­нических характеристик АД, которые используются при его пуске. При построении пусковой диаграммы АД момент М1 обычно принимается не более (0,8...0,9) Мк,а момент М2 должен составлять (1,1... 1,2) Мс. Число характеристик (ступеней) пусковой диаграммы т и значения мо­ментов М1 и М2 связаны между собой следующим соотношением:

Расчет пусковых резисторов, обеспечивающих требуемую пусковую диаграмму, производится с помощью формул (5.24) или (5.26).

7. Тормозные режимы двигателя

Торможение АД можно осуществить при питании его от сети переменного тока путем подключения цепи статора к источнику по­стоянного тока (динамическое торможение), а также при его само­возбуждении.

При включении АД по основной схеме (см. рис. 5.1, а) (РИС. 25) возможно торможение противовключением и рекуперативное торможение.

Торможение противовключением осуществляется двумя путями. Один из них связан с изменением чередования на статоре двух фаз питающего АД напряжения. Допустим, например, что АД работа­ет по механической характеристике1 в точке а (рис. 5.36, а) (РИС. 32) при чередовании на статоре фаз напряжения сети АВС. Тогда при пере­ключении двух фаз (например, Ви С) АД переходит на работу по характеристике 3 в точке d, участок db которой соответствует тор­можению противовключением. Отметим, что при реализации тор­можения для ограничения тока и момента АД производится вклю­чение добавочных резисторов в цепь ротора или статора. Другой путь перевода АД в режим торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки Мс. Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обес­печивая его торможение с помощью АД (так называемый тормоз­ной спуск груза). Для этого АД включается на подъем с большим добавочным сопротивлением R2д в цепи ротора (кривая 2). Вслед­ствие превышения моментом нагрузки Мп пускового момента двигателя Мп и его активного характера груз начнет опускаться с уста­новившейся скоростью -wуст1. АД при этом будет работать в режи­ме торможения противовключением.

Рекуперативное торможение осуществляется в том случае, когда скорость АД превышает синхронную wо и он работает в генератор­ном режиме параллельно с сетью. Такой режим возникает, например, при переходе двухскоростного АД с высокий скорости на низкую, как это показано на рис. 5.36,б (РИС. 32). Предположим, что в исходном поло­жении АД работал по характеристике 1 в точке а,вращаясь со скоро­стью wуст1. При увеличении числа пар полюсов АД переходит на ра­боту по характеристике 2 в точке b, участок bc которой соответству­ет торможению с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть. Этот же вид торможения может быть реализован в системе "пре­образователь частоты - двигатель” при останове АД или его пере­ходе с характеристики на характеристику. Для этого осуществляет­ся уменьшение частоты выходного напряжения ПЧ, а значит, и син­хронной скорости wо. В силу механической инерции текущая ско­рость АД w будет изменяться медленнее, чем скорость вращения магнитного поля wо , т. е. будет постоянно ее превышать. За счет это­го и возникает режим торможения с отдачей энергии в сеть. Отме­тим, что ПЧ должен быть способен при этом передать энергию от двигателя в сеть. Рекуперативное торможение также может быть реализовано в ЭП грузоподъёмных механизмов при спуске грузов. Для этого АД включается в направлении спуска груза (характеристика 3 на рис. 5.36, а) (РИС. 32). После окончания разбега он будет работать в точке с со скоростью -wуст2. При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть. Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения АД.

Для динамического торможения обмотку статора АД отключа­ют от сети переменного тока и подключают к источнику постоян­ного тока, как это показано на рис. 5.37 (РИС. 33). Обмотка ротора АД 1 при этом может быть закорочена или в ее цепь включаются добавочные резисторы 3 с сопротивлением R2д . Постоянный ток , значение которого может регулироваться ре­зистором 2, протекает по обмоткам статора и создает неподвижное s пространстве магнитное поле (возбуждает АД). При вращении ро­тора в нем наводится ЭДС, под действием которой в обмотке проте­каетток, создающий магнитный поток, также неподвижный в прост­ранстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитных полем АД создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме ге­нератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей ЭП и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора. Представим графически электромеханичес­куюI2'(s) (кривая 7) и механические M(s) кривые 4...6 характерис­тики АД. Характеристика Ir'(s) расположена на рисунке в первом квадран­те, где s = w/wо- скольжение АД в режиме динамического тормо­жения. Механические характеристики АД расположены во втором квадранте.

8. Регулирование скорости машины переключением числа пар полюсов

Этот способ регулирования может быть реализован только при использовании специальных АД, получивших название многоскоро­стных. Особенностью этих двигателей является статорная обмотка,состоящая из двух одинаковых секций (полуобмоток), используя раз­ные схемы соединения которых можно изменять число пар полюсов р. В соответствии с формулой wо= 2pf1/p при этом изменяется скорость вращения магнитного поля wо, а значит, и скорость АД. Ротор многоскоростных АД обычно выполняется короткозамкнутым. Так как число пар полюсов может принимать только дискрет­ные значения (р = 1, 2, 3, 4,...), то и скорость АД этим способом можно регулировать лишь ступенчато.

Рассмотрим схемы соединения секций обмотки статора для из­менения числа пар полюсов АД (рис. 5.28) (РИС. 34). Пусть фаза статорной обмотки состоит из двух одинаковых секций 1н - 1к, 2н - 2к, имеющих каждая по два проводника (см. рис. 5.28, а) и соединенных последовательно и согласно. По обмотке статора в дан­ный момент времени протекает ток в направлении, показанном стрел­ками. Используя известное правило буравчика, определим направле­ние магнитных силовых линий, создаваемых протекающим по провод­никам током I. Нетрудно заметить, что магнитное поле имеет в этом случае четыре полюса, илир = 2. Изменим теперь схему соединения секций, включив их последо­вательно и встречно (см. рис. 5.28, б), оставив при этом прежнее на­правление подводимого к обмотке тока. В этом случае статорная обмотка образует уже магнитное поле с вдвое меньшим числом пар полюсов. Уменьшение вдвое числа пар полюсов достигается и в схе­ме, показанной на рис. 5.28, в, где секции соединены параллельно. В том и другом случае уменьшение числа пар полюсов достигается изменением направления тока на противоположное в одной из секций (в данном случае во второй). При этом диапазон изменения скорости вращения магнитного поля равен двум. Наиболее часто на практике применяются две схемы переклю­чения статорных обмоток многоскоростных АД: с треугольника на двойную звезду и со звезды на двойную звезду. Рассмотрим схемы соединения статорных обмоток и механические характеристики АД для этих случаев.

Треугольник - двойная звезда. Для получения большего числа пар полюсов p1 секции каждой фазы статора включены последова­тельно и согласно и соединены в треугольник (рис. 5.29, а) (РИС. 35), где А1н и А2н - начала соответственно первой и второй секций фазы А; А1к и А2к. - их концы (обозначения для выводов фаз В и С аналогичны). Схема соединения секций на рис. 5.29,б аналогична схеме, приве­денной на рис. 5.28, в, и определяет уменьшение в два раза числа пар полюсов p2 АД. Схема, в которой фазы статора образованы дву­мя параллельно включенными секциями, получила название двой­ной звезды.

Механические характеристики АД для схем соединения обмо­ток в треугольник 2 и двойную звезду 1 показаны на рис. 5.29, в.

Звезда - двойная звезда. В этом случае низкая скорость (большее число пар полюсов р1) соответствует схеме соединения обмоток в одинарную звезду (рис. 5.30, а) (РИС. 36), каждую фазу которой образуют пос­ледовательно соединенные секции (обозначения см. на рис. 5.29,а) Переключение на двойную звезду осуществляется по схеме, показан­ной на рис. 5.29, б, при этом число пар полюсов p2 уменьшается вдвое. Механические характеристики при соединении обмоток в звезду 2 к двойную звезду 1 двухскоростного АД изображены на рис. 5.30, б (РИС. 36). Рассматриваемый способ регулирования скорости АД характери­зуется рядом положительных показателей, что определяет широкое его применение в асинхронных ЭП, и в первую очередь это эконо­мичность, так как процесс изменения скорости не сопровождаете” выделением в роторной цепи дополнительных потерь энергии, вы­зывающих излишний нагрев двигателя и ухудшающих его КПД.

Механические характеристики (см. рис. 5.29, в и 5.30, б) много­скоростных АД отличаются хорошей жесткостью и достаточной пе­регрузочной способностью. Схему переключения "звезда - двойная звезда” целесообразно применять при постоянном моменте нагрузки Мс, а схему "треу­гольник - двойная звезда” - при нагрузке ЭП, имеющей характер постоянной мощности. Недостатком рассмотренного способа является ступенчатость изменения скорости двигателя и относительно небольшой диапа­зон ее регулирования, обычно 6...8.

9. Механическая характеристика АД.

Потери мощности в цепи ро­тора, которые часто называют потерями скольжения, выраженные через механические координаты АД, представляют собой разность электромагнитной и полезной механической мощности, т. е. ∆P2 =Pэм –P2 =Mw0 -Mw=Mws. (1)

Потери мощности в роторе, выраженные через электрические ве­личины, определяются как∆P2 =3I2′² R2′. (2) Приравняв (1) и (2), получим M=3I2´² R2´ /(w0s) (3)

Подставив в (3) значение тока I2´ получим M=3Uф² R2´/[w0 s(R1 +R2´/s)²+xк²)] (4)

Исследовав полученную зависимость M(s) на экстремум, т. е. взяв производную dM/ds и приравняв ее нулю, обнаружим наличие двух экстремальных точек момента и скольжения: M=3Uф²/[2w0 (R1+-√R1²+xк²)] (5) sk=+-R2´ / √R1²+xk² (6)

причем знак "плюс” здесь относится к области скольжения s > 0, а знак "минус” - к области s < 0. Значения момента Мк и скольжения sк АД, соответствующие экстремальным точкам, получили название критических.

M=2Mк (1+asк ) / (sк/s+s/sк +2asк)(7)

Если разделить выражение (4) на (5) и выполнить неслож­ные преобразования, то можно получить другую, более компакт­ную и удобную форму записи для построения механической ха­рактеристики где a=R1 /R´2.

Характерные точки механической характеристики следующие:

S=0, w=w0, M=0-точка идеального холостого хода; S=1, w=0, M=Mкз =Mп - точка короткого замыкания; s= sкд , M = Mкд ; s = - sкг , M = - Mкг - критические точки соответственно в двигательном и генераторном режимах;s —> ±¥ , w®±¥, М —> 0 - асимптота механической характерис­тики, которой является ось скорости. На рис. 5.4 (РИС. 37) приведена механическая характеристика АД. Отме­тим, что она соответствует определенному чередованию фаз пита­ющего напряжения сети U1 на зажимах статора АД. При изменении порядка чередования двух фаз АД будет иметь аналогичную меха­ническую характеристику, расположенную симметрично относи­тельно начала координат. В некоторых случаях при построении механической характерис­тики используют приближенные формулы. Если пренебречь актив­ным сопротивлением статора, т.е. считать а = 0, выражения (5.11). (5) и (6) примут соответственно вид:

M=2Mк /(s/sк +sк/s) (8) Mк=3Uф²/(2w0xк)(9) sк=R2´/xк. (10)

Если в (8) вместо текущих значений момента и скольжения подставить их номинальные значения Mном и sном обозначить крат­ность максимального момента Mк/ Мном через lм, то получим фор­мулу, связывающую критическое и номинальное скольжения, sк = sном (lм ± √l²м - 1)