Импульсное регулирование скорости АД

Пуск и регулирование скорости АД с фазным ротором может осуществляться включением в каждую фазу ротора реостатов с сопро-тивлениями R_a. В этом случае плавное регулирование скорости отсутс-твует: переход с характеристики на характеристику при пуске (рис.8.6), торможении или при изменении скорости сопровождается скачками тока и момента. При этом способе управления двигателем плавность пуска и регулирования скорости обеспечивается только за счет увели-чения числа пусковых ступеней. Это вынуждает использовать громоз-дкие релейно-контакторные схемы с большим числом коммутирующих аппаратов. Ограниченным является также и диапазон регулирования скорости, так как жесткость характеристик при реостатном регули-ровании существенно снижается.

Указанные недостатки отсутствуют в системах, где использовано импульсное управление сопротивлением роторных резисторов.

Схема импульсного регулирования добавочного сопротивления в роторной цепи АД приведена на рис. 8.16,а.

Рис.8.16. Импульсное регулирование добавочного сопротивления в цепи ротора АД, 1 – -естественная;2 – искусственная характеристика.

Дополнительное сопротивление R_двключено в роторную цепь через неуправляемый выпрямитель. Для уменьшения пульсаций выпрямлен-ного тока последовательно с сопротивлением включается реактор L. Параллельно сопротивлению включается управляемый ключ (комму-татор) К. Основным элементом ключа является тиристор VS. Управле-ние ключом осуществляется с помощью блока управления БУ, который производит включение и выключение тиристора VS. При подаче сигнала управления на тиристор, он открывается и замыкает накоротко сопро-тивление R_Д. При сопротивлении R_Д = 0 двигатель работает на характе-ристике 1 (рис. 8.16,б), близкой к естественной. Различие в характе-ристиках объясняется дополнительным падением напряжения в роторной цепи за счет наличия выпрямителя и управляемого ключа.

Если тиристор закрыт, то двигатель будет работать на искусствен-ной характеристике 2, соответствующей случаю включения в каждую фазу ротора добавочного сопротивления.

Рассмотрим случай периодического включения и отключения тирис-тора. Коммутация ключа К обычно осуществляется таким образом, что период коммутации Т_К остается неизменным, а изменяется лишь соот-ношение времени выключенного t_ВЫКЛ и включенного t_ВКЛ состояний тиристора Т. При этом сопротивление ре­зистора R_Д изменяется в соот-ветствии с диаграммой рис. 8.18,в. Такое изменение сопротивления R_Д во времени эквивалентно тому, что в роторную цепь включен добавоч-ный резистор, сопротивление которого равно среднему значению сопротивления R_Д за период Т_кТ_К где у = t_BKJI/T_K – —относительное время включенного состояния ключа при его коммутации, называемое также скважностью коммутации.

Таким образом, изменяя у, можно изменять эквивалентное добавоч-ное сопротивление в цепи от нуля при у = 1, или t_BKJl = Т_К до R_a при у = 0, или t_BKllt_BK = 0. Это позволяет получить семейство механических характе-ристик асинхронного ЭП при разных значениях скважности у, которые располагаются между граничными характеристиками 1 и 2, соответс-твующими у = 1 и у = 0О (см. рис. 8.16,б).

Основные преимущества импульсного метода управления асинхронным электродвигателем — это простота реализации, малая мощность управления

тиристорным коммутатором, плавное бесступенчатое регулированиескорости, возможность введения отрицательных обратных связей по скорости электродвигателя и выпрямленному току, что позволяет формировать требуемые механические характеристики.

Основные преимущества импульсного метода управления асинхрон-ным электродвигателем – это простота реализации, малая мощность уп-равления тиристорным коммутатором, плавное бесступенчатое регули-рование скорости, возможность введения ООС по скорости электро-двигателя и выпрямленному току, что позволяет формировать требу-емые механические характеристики.

Недостатком импульсного регулирования сопротивления, также, как и ступенчатого, является увеличение потерь энергии в электрод-вигателе по мере снижения скорости. Поэтому рассмотренный способ регулирования рекомендуется применять в ЭП тех механизмов, где необходим плавный пуск, а также регулирование скорости в малых пределах. К таким механизмам относятся, например, конвейерные ус0-тановки.

Необходимо отметить, что энергетические показатели при импульс-ном регулировании сопротивления несколько хуже, чем при ступенча-том. Это объясняется тем, что при периодическом включении и отклю-чении добавочного сопротивления возникают колебания токов электро-двигателя, что приводит к увеличению его нагрева; включение выпря-мителя приводит к искажению формы токов электродвигателя, высшие гармоники которых дополнительно нагревают электродвигатель.

Импульсное регулирование асинхронных двигателей возможно и по цепи статора. Способ регулирования напряжения АД путем изме-нения интервалов проводимости тиристоров в течение каждого перио-да частоты сети. Можно использовать другой способ регулирования, заключающийся в изменении числа полных периодов, в течение ко-торых к двигателю подводится напряжение. В этом случае действу-ющее значение напряжения регулируется путем изменения отношения длительностей интервалов открытого и закрытого состояний тирис-торов.

Если эти интервалы невелики по сравнению с механической посто-янной системы, то пульсации угловой скорости двигателя будут незна-чительными. При импульсном управлении меньше искажается напря-жение сети и возникают меньшие радиопомехи, чем при фазовом управлении тиристорами. В то же время при импульсном управлении невозможно обеспечить плавное регулирование угловой скорости, а ее пульсации могут оказаться значительными, если механическая постоян-ная времени системы мала.

Пример 8.3. Трехфазный АД с фазным ротором напряжением U_л -= 380В, частотой 50 Гц включен по схеме регулирования, приведенной на рис.8.16,а. Двигатель имеет следующие параметры: r₁ = 0,041 Ом; r₂’= 0,044 Ом; х₁ = 0,29 Ом; х₂' = 0,44 Ом; х₁₂ = 6,1 Ом.

Отношение чисел витков фаз обмоток ротора к статорным К = = 0,9.

Индуктивность L_d велика, поэтому выпрямленный ток I_d имеет пре-небрежимо малые пульсации. Параметры схемы замещения r₁r₂’, х₁, и х₂' малы по сравнению с индуктивностью L_d. Потерями XX в выпря-мителе, тиристорном ключе и индуктивности L_d пренебрегаем. Момент нагрузки, который пропорционален квадрату скорости, М = 750 Н·м при частоте вращения п = 910 мин^-1. Необходимо:

1.определить сопротивле-ние R_a, при котором двигатель работал бы с минимальной частотой вращения п = - 620 мин^-1; с полученным значением R_a при требуемой частоте вращения 810 мин^-1 рассчитать: ток I_d через индуктивность; скважность ключа у; напряжение постоянного тока U_d, КПД, коэффи-циент мощности (cosφ) системы.

Решение.

Напомним, что .

Напряжение на роторе:

Для трехфазного выпрямителя

(8.6)

Если P_s— – мощность скольжения, то электромагнитная мощность

а механическая мощность

Так как суммарная мощность скольженияи

тогда

, (8.7)

Подставив (7.6) в (7.7), получим

. (8.8)

Последнее выражение показывает, что ток в индуктивности не зависит от скорости

откуда

Скорость может быть получена в виде

Варьируя у от 0 до 1, можно изменять скорость от минимальной до ωw

При частоте вращения 620 мин^-1:

Соответствующий ток в индуктивности

Скорость будет минимальной, когда у = 0.

Из уравнения (7.9) получим

Этой скорости соответствует R_д = 2,24 Ом.

2. При частоте вращения 810 мин^-1:

Подставив это значение в уравнение (8.9), получим

В этом случае у = 0,7.

Определим скольжение

Из уравнения (8.6)

Определим мощность потерь

Выходная мощность

Действующее значение тока ротора, приведенное к статору:

Электрические потери в роторе

потери Потери в статоре

Потребляемая мощность

Первая гармоника тока ротора, приведенная к числу витков статора, определяется зависимостью

Действующее значение намагничивающего тока

Действующее значение первой гармоники потребляемого тока

Для расчета коэффициента мощности определим угол φ:

Коэффициент мощности при этом: cos φ = cos(-21°) = 0,93 (отстающий).

Дата добавления: 2014-11-29