Основы электропривода, автоматизированный электропривод, теория электропривода 310 стр. (Укр)

Подождите немного. Документ загружается.

3.15.3.2 Динамічне гальмування при самозбудженні

Це гальмування реалізується просто – до кола статора

підмикається конденсатор, рисунок 3.48. Це гальмування ще

називають конденсаторним. Використовується таке гальмування

головним чином для АД з короткозамкненим ротором. Для

реалізації конденсаторного гальмування у відповідності до

схеми досить вимкнути лінійний контактор КМ. Машина працює

самозбудженним асинхронним генератором. Поштовх для

самозбудження дає е.р.с. яка індуктується в обмотках статора за

рахунок обертання ротора (під дією накопиченої механізмом

потенційної або кінетичної енергії) що має незначну е.р.с.

залишкового намагнічування. Незначна е.р.с. залишкових

процесів, прикладена до конденсатора, обумовлює незначний

струм статорного кола. Цей струм створює незначне обертальне

магнітне поле, яке збільшує е.р.с. статора, збільшується напруга

на конденсаторі, збільшується струм, збільшується гальмівний

момент. У подальшому цей процес нарощується і йде до тих пір,

поки напруга на затискачах двигуна й на затискачах

конденсатора не вирівниться.

Рисунок 3.48 – Схема динамічного гальмування при

замозбудженні.

131

Механічні характеристики динамічного гальмування з

самозбудженням (рисунок 3.49) показані для трьох значень

ємності конденсатора. Зі зменшенням ємності максимум

гальмівного момента зміщується у зону більших швидкостей й

збільшується його абсолютне значення.

Рисунок 3.49 – Механічні характеристики динамічного

гальмування при самозбудженні.

Вадами такого гальмування є наявність так званої,

мертвої зони у межах якої гальмівний момент не створюється. Зі

зменшенням ємності критична швидкість



цієї зони

нечутливості збільшується. Величина критичної швидкості



досить значна і сягає десь

номм

кр



 3,0

Крім того, для зменшення зони нечутливості необхідно

збільшувати ємність, що не економічно.

Достоїнством динамічного гальмування з

самозбудженням – відсутність джерела живлення при

гальмуванні.

132

3.16 Механічні статичні та кутова характеристики

синхронних двигунів (СД)

Основною властивістю СД є відповідність їх кутової

швидкості частоті мережі живлення, а оскільки частота мережі

constf 

, то

const



Застосовують СД для електроприводів, що не вимагають

регулювання швидкості (насоси, компресори, холодильні

машини, каменедробарки, повітродувки й таке інше), особливо

коли такі приводи працюють в усталених режимах без частих

пусків і, навіть майже без пусків (нафтогони, газогони,

продуктогони й таке інше).

Останні роки синхронний привод розповсюджується і як

регулівний, завдяки досягненням електроніки, силової

електроніки та мікропроцесорної техніки створені керовані

перетворювачі для живлення статорних кіл синхронних двигунів

та статичні перетворювачі для живлення кіл збудження

синхронних генераторів та двигунів.

Синхронний регулівний привод починає успішно

конкурувати з асинхронним регулівним приводом, особливо за

енергетичними характеристиками (к.к.д.,



cos

перевантажувальною здатністю, відсутністю ковзання й таке

інше.

3.16.1 Механічні характеристики СД

Ці характеристики слід розглядати для двох режимів.

1-й режим. Режим роботи, коли вже ротор втягнений у

синхронізм й навантажується моментом опору.

2-й режим. Оскільки СД не має власного пускового

момента, то запуск його, особливо коли живлення статора без

частотного регулювання, становить певну проблему.

133

Механічна статична характеристика СД у робочому

режимі, фрагмент а рисунка 3.50, являє собою пряму лінію,

паралельну осі абсцис, тобто ця характеристика абсолютно

жорстка, швидкість зі зміною навантаження залишається

константою, незалежно від будь-яких чинників, крім частоти,

єдиною умовою існування цієї характеристики є умова

працювати у межах перевантажувальної здатності, інакше СД

випадає із синхронізму.

а – режим роботи вже синхронизованого двигуна;

б – пусковий режим при асинхронному пуску.

Рисунок 3.50 – Механічні характеристики.

Механічні характеристики пускового режиму, фрагмент б

рисунка 3.50 будуються у тому випадку, коли для здійснення

пуску СД використовуються пускові обмотки (асинхронний

пуск). Синхронний двигун у цьому випадку має спеціальну

пускову обмотку у вигляді короткозамкненої клітки, а СД при

запуску працює як звичайний АД. Синхронні двигуни мають два

типи пускових кліток.

1-й тип. Йому відповідає механічна характеристика 1.

Клітка при цьому має малий активний опір, тому пусковий

134

момент

1пуск

незначний, проте величина ковзання

при

швидкості



(і номінальному моменті опору) мала, тобто

номінальна швидкість близька до підсинхронної швидкості

(швидкість входження у синхронізм). Таким чином, 1-й тип

клітки забезпечує збільшення момента входження у синхронізм,

але пусковий момент

1пуск

замалий.

Такі пускові клітки використовуються у тих приводах, де

полегшені умови запуску, це у першу чергу механізми з

вентиляторною характеристикою (момент опору від неробочого

ходу починає збільшуватися зі збільшенням швидкості:

вентилятори, повітродувки, відцентрові насоси, гребні гвинти і

таке інше).

2-й тип. Йому відповідає механічна характеристика 2.

Клітка при цьому має підвищений активний опір ротора, тому

пусковий момент

2пуск

значний, проте величина ковзання

при швидкості



(і номінальному моменті опору) значна,

тобто швидкість входження у синхронізм суттєво різниться від

синхронної, що, у решті решт, утруднює процес входження у

синхронізм.

Такі пускові клітки використовуються у таких приводах,

у яких великий статичний момент опору під час пуску (важкий

запуск), наприклад, нерегулівні прокатні стани.

Пускові клітки синхронних двигунів розраховані на

короткочасний режим (тільки на час пуску) тривалістю до 30с.

Триваліший час запуску призведе до перегрівання клітки.

3.16.2 Кутова характеристика СД

Відомо, що механічна характеристика СД абсолютно

жорстка й тому кутова швидкість його



– стала (



const

), але миттєві значення цієї швидкості можуть

дещо різнитися від



, це має місце, наприклад, при

навантаженні СД коли вісь ротора починає відставати

135

відумовної осі обертового поля й чим більше навантаження тим

більше відставання ротора (при обертанні його з синхронною

швидкістю). У синхронних генераторів навпаки, зі збільшенням

навантаження, ротор випереджує умовну вісь обертання поля,

обертаючись зі швидкістю поля.

Кут між геометричною віссю ротора й уявною віссю

обертового поля (між вектором е.р.с. ротора й вектором напруги

статора) називається кутом вильоту ротора



, який може

змінюватись при короткочасних змінах параметрів. У цьому

зв’язку важливою є залежність момента СД від кута вильоту

ротора

 

 fM

Ця залежність зветься кутовою характеристикою.

Аналітичний вираз кутової характеристики розглядається у курсі

електричних машин і остаточно має такий вигляд































 2sin

sin

0 dq



де

- число фаз;

- напруга мережі;

- е.р.с. ротора СД;

- синхронні індуктивні опори СД, відповідно по

повздовжній d та по поперечній q осям.

Із наведеної формули видно що електромагнітний момент

має дві складові.

1-а складова, момент пропорційний е.р.с. двигуна й

напрузі (активний момент обумовлений основними процесами

принципу дії СД) та сінусу кута вильоту ротора.

2-а складова, реактивний момент, що виникає у наслідок

явнополюсності системи не залежно від наявності збудження на

СД (за рахунок різниці у величині опорів

змінюється з подвійною частотою, порівняно з частотою

змінювання активного момента.

136

Рисунок 3.51 – Кутова характеристика СД.

На рисунку 3,51 прийняті такі позначення:

1 – характеристика першої складової (активного

момента);

2 – характеристика другої складової (реактивного

момента);

3 – вислідна характеристика

 

 fM

;

4 – механічна характеристика виконавчого механізму

(механізм І-го класу).

Як відомо стійка робота СД буде при



90

, це умова

статичної стійкості СД, якщо кут вильоту ротора буде



90

нестійкий стан, двигун випаде із синхронізму. Бажано мати

номінальний кут вильоту ротора



3020 

ном

, тоді при

номінальному статичному моменті опору

перевантажувальна здатність буде

 

3020sin

90sin

max









ном



Якщо СД неявнополюсний, то реактивний момент у

ньому не виникає, а кутова характеристика його (на відміну від

явнополюсного) синусоїдальна.

Як видно із запису перевантажувальної здатності,

формула стосується СД з неявновираженими полюсами (



max



), для СД з явновираженими полюсами максимум

137

електромагнітного момента (за рахунок реактивного момента)

настає при кутові



меншому



max



З огляду на сказане стійка рівновага явнополюсного СД

буде на ділянці характеристики ОА, а неявнополюсного – ОВ.

3.16.3 Механічні статичні характеристики СД у

гальмівних режимах

Електричне гальмування СД можливо здійснити тільки

двома способами:

- противвімкненням;

- динамічне гальмування.

Гальмування противвімкненням здійснюється аналогічно

асинхронним двигунам, застосовується рідко, оскільки воно

супроводжується значними поштовхами струму, які

перевищують пускові струми й суттєво „лихоманять” мережу.

Значно більше розповсюджене динамічне гальмування

СД (обмотка статора відмикається від мережі й через додатковий

опір замикається сама на себе). Інтенсивність гальмування вище,

ніж при противвімкненні, витрати енергії значно менші,

динамічні удари й поштовхи струму майже відсутні.

Інтенсивність гальмування залежить від величини опору,

на який замкнена обмотка статора (якоря) СД.

3.17 Механічні статичні характеристики двигунів у

багатодвигуневому приводі

Бувають випадки, коли у системі електропривода

працюють не один, а два або більше двигунів на спільне

навантаження.

Такі системи мають наступні переваги порівняно з

однодвигуневим приводом:

138

- більш широкі можливості регулювання швидкості й

момента;

- взаємне реверсування машин;

- зниження сумарного момента інерції системи;

- створення потужних установок з використанням

серійних машин порівняно невеликої одиночної потужності;

- спрощення механічного обладнання та краще

конструктивне розміщення електродвигунів;

- підвищення надійності.

Якщо взяти два АД з фазним ротором половинної

потужності аніж вимагає це виконавчий механізм, то це

зменшить момент інерції майже вдвічі, якщо був би один двигун

номінальної потужності (момент інерції пропорційний масі у

першому ступені, а лінійному розміру – в квадраті). При цьому

можна одержати механічні характеристики з малою крутістю (як

у двигуневому, так і у гальмівному режимах).

Рисунок 3.52 – Комбінований режим (двигуневий і

гальмівний) дводвигуневого ЕП на базі АД з фазним ротором.

Оскільки обидва ротори механічно жорстко пов’язані між

собою, а обмотки статорів підімкнені до мережі таким чином,

139

що у двигуневому режимі напрямок моментів двигунів

співпадають, то вихідний момент системи буде дорівнювати

алгебраїчній сумі моментів окремих двигунів.

Для одержання знижених швидкостей та механічних

характеристик з малою крутістю слід одну з машин перевести у

двигуневий режим роботи, а другу - в режим гальмування

противвімкненням (дивись рисунок 3.52). Величина моментів,

що розвиває кожний двигун, забезпечується відповідним

підбором активних опорів у колах роторів (

12д

22д

Якщо двигун

1АМ

працює у двигуневому режимі, то

2АМ

- у гальмівному режимі противвімкнення.

Рисунок 3.53 – Механічна характеристика дводвигуневого

ЕП у комбінованому режимі роботи двигунів.

Механічна характеристика такого привода (рисунок 3.53)

будується як сума моментів двигуна

1АМ

та двигуна

2АМ

140