Теоретические сведения по управлению АД

 

Для пуска АД его обмотку статора подключают к трехфазной сети с помощью выключателя. Схема включения АД изображена на рис. 6.1, а. После включения выключателя происходит разгон АД. При этом момент, развиваемый двигателем, М и ток в его обмотке статора I изменяются в соответствии с графиками, изображенными на рис. 6.1,б. АД разгоняется до установившейся частоты вращения, при которой момент, развиваемый двигателем, равен моменту сил сопротивления на его валу.

 

а                                                     б

Рис. 6.1

Такой вид пуска называется прямым пуском. К недостаткам прямого пуска относятся:

а) относительно малый пусковой момент: М_п = (1,2...1,6)М_н;

б) относительно большой пусковой ток: I_п = (5...&)I_н.

Из-за первого недостатка иногда приходится выбирать двигатель большей мощности, чем это требуется по условиям работы при установившемся режиме, что экономически нецелесообразно.

Большой ток в периоды пуска АД может вызвать значительное падение напряжения в сети малой мощности, что неблагоприятно скажется на работе осветительных приборов и т.п. В маломощных сетях, сечение проводов которых невелико, а протяженность значительная, для ограничения пускового тока применяют пуск с активными или индуктивными сопротивлениями, включенными в цепь обмотки статора АД с КЗ-ротором (рис. 6.2,а), или пуск с переключением обмотки статора со звезды на треугольник (рис. 6.2,б).

Перед пуском выключатель В2 (рис. 6.2,а) устанавливают в выключенное положение, затем включают выключатель В1. После окончания разбега ротора двигателя включают выключатель В2, чем шунтируют добавочные пусковые резисторы. Соответствующим подбором сопротивления R_д можно ограничить пусковой ток до любого необходимого значения. Однако не следует забывать, что одновременно уменьшаются пусковой и критический моменты из-за снижения напряжения на обмотке статора АД, вызванного падением напряжения на сопротивлении R_д.

На рис. 6.2.б. изображены механические характеристики двигателя при R_д = 0 (кривая 1) и R_д¹ 0 (кривая 2).

Пуск двигателя с переключением со звезды на треугольник возможен, когда обмотка статора может быть соединена звездой и треугольником и напряжение сети соответствует соединению обмотки статора треугольником. Установив предварительно выключатель В2

(рис. 6.2.в) в положение а, что соответствует соединению обмотки статора звездой, выключателем В1 включают двигатель в сеть. После окончания пуска выключатель В2 перекидывают в положение б, благодаря чему обмотка статора оказывается соединенной треугольником. Напряжение на фазе обмотки статора во время пуска будет меньше номинального в Ö3 раз. Вследствие этого ток фазы уменьшится в той же степени, а поскольку линейный ток больше фазного в Ö3 раз, пусковой линейный ток при таком способе пуска будет меньше по сравнению с прямым пуском в 3 раза. Одновременно в 3 раза уменьшатся пусковой и максимальный моменты, так как они пропорциональны квадрату фазного напряжения.

Значение критического скольжения не изменится, так как оно не зависит от напряжения. На рис. 6.2,г изображены механические характеристики двигателя, соответствующие схеме соединения треугольником и пусковой схеме звездой.

 

 

а                                      в

 

в                                                             г

Рис. 6.2.

Ввиду значительного снижения пускового момента указанный способ пуска АД возможен только при малых моментах сил сопротивления на валу двигателя.

Для торможения рабочего механизма на валу АД как правило используются тормозные свойства самого двигателя. АД может работать в следующих тормозных режимах: а) генераторном с отдачей энергии в сеть; б) противовключения; в) динамического торможения; г) конденсаторного торможения.

Во всех тормозных режимах АД развивает момент, действующий в сторону, противоположную направлению вращения ротора, поэтому он называется тормозным моментом. Под действием этого момента в одних случаях происходит быстрый останов, а в других ‑ поддержание заданной скорости.

В АД с КЗ-ротором торможение противовключением достигается изменением чередования фаз статора: вращающееся магнитное поле при этом изменяет направление вращения на обратное и на вращающийся по инерции ротор воздействует тормозной момент (кривая 2 на рис 6.3). Скольжение при этом больше единицы, ток двигателя несколько превышает пусковой. Ротор останавливается и, если двигатель не отключить, начинается пуск в обратную сторону. Данное торможение применяют для быстрого реверсирования.

Тормозной режим противовключения возникает также в том случае, когда под действием внешнего момента, приложенного к валу двигателя, ротор вращается в противоположную сторону относительно вращающегося магнитного поля статора.

 

Рис. 6.3

При М_с=0 с учётом того, что при противовключении S=(w_о+w)/w_о уравнение движения ротора АД примет вид

(6.1)

здесь

‑ критическое скольжение,

‑ критический момент,

R₂^’‑ приведенное сопротивление цепи ротора,                

X_к = X₁ + X₂^’‑ реактивное сопротивление короткого замыкания, U₁ ‑ первичное фазное напряжение,                       

w₀=2πf/p ‑ синхронная угловая скорость двигателя,             

p ‑ число пар полюсов,                                          

f ‑ частота питающего напряжения.

Критическое скольжение можно также определить, используя паспортные данные двигателя:

 

где S_ном  ‑ номинальное скольжение, l = M_к/М_н ‑ кратность максимального момента.

Тогда, учитывая, что торможение происходит в пределах скольжений от S_нач=2 до S_кон=1, получим время торможения при холостом ходе:

 

где T_м=J*w_o/М_к ‑ электромеханическая постоянная времени.

Эффективное значение момента при торможении может быть определено из выражения

 

Тогда время торможения с учётом нагрузки М_с может быть определено как

.

Паспортные данные АД ДМТФ 011-6:

	Рн	nн	Iн	U1	h	coSj	Мк	I0
	1,4 кВт	885об/мин	5,3 А	220 В-фазное	0,615	0,65	39 Н*м	2 А

 

R1	R2’	X1	X2’	Jдв	Мн	p	f	U2ф	I2н
4,55 Ом	7,3 Ом	6,2 Ом	6,1 Ом	0,021 кг*м^2	15,4 Н*м	3	50 Гц	116 В линейное	9,1А

 

Параметры нагрузки:

Мс ‑ задаётся преподавателем; J_нагр ‑ л.п.р. №1.