Методы регулирования частоты вращения двигателя Мвр Рабочий механизм dΩ M вр − М т = J dt Мвр = Мт – установившийся режим Мвр > Мт – происходит разгон Мвр < Мт – происходит торможение МТ 1 60f n2 = (1 − s ) p Можем менять частоту сети, число пар полюсов или скольжение Рассмотрим способы регулирования скорости вращения ротора общие для АД с фазным ротором и АД с короткозамкнутым ротором. 2 1. Метод частотного регулирования наиболее перспективный M ВР ≡ 2 U1 2 f1 Чтобы Мвр не изменялся, надо поддерживать U1 = const f1 Эту задачу решают с помощью современных электронных устройств 3 Схема включения двигателя с частотным регулированием скорости f1 = 50 Сеть Выпрямитель U _ = var Инвертор выполняется на тиристорных преобразователях f1 = var U1~ = var 4 n2 M T = M ВР U′ф′′ = U фном , f ′′′ > fном U фном , fном U′ф < U фном f ′ < fном U′ф′ < U′ф f ′′ < f ′ 0 M 5 Жесткость характеристик не меняется, так как они идут параллельно. Ммах=const при f<fном, а Мпуск с уменьшением частоты увеличивается. Достоинства способа 1. Большой диапазон регулирования 2. Плавность регулирования Недостатки 1. Сложность регулировочной аппаратуры 2. П/п элементы дороже самого двигателя 6 6 При f>fном соблюдение постоянства Мmax не выполняется т.к. требует регулирования напряжения выше номинального. Во избежание перегрузки двигателя по мощности такой режим допустим только при снижении нагрузки на валу. 7 2. Метод регулирования изменением числа пар полюсов. Если на статоре поместить две отдельные обмотки числом пар полюсов p и p′ 60f n1 = p p=1 p=2 p=5 60f n′1 = p′ n1 p′ = n′1 p n1=3000 n1 =1500 n1 =600 8 В пазы укладываем две обмотки с разным числом полюсов (двигатели небольшой мощности). У мощных двигателей обмотка переключается с одной пары полюсов на другую. A N N A S S X X N Катушки соединены последовательно S Катушки соединены параллельно 9 Достоинства: экономичность и большой диапазон регулирования. Недостатки: большая дискретность изменения частоты и усложнение конструкции обмотки. 3. Реостатное регулирование применяется для двигателя с фазным ротором Недостатки: большие потери энергии в реостате, неэффективно при малых нагрузках, механическая характеристика мягче, следовательно, уменьшается устойчивость работы двигателя. 10 n2 M T = M ВР 3 R2 2 R 2 + R′ 1 R 2 + R′ + R′′ 0 M 11 Способы электрического торможения 1. Торможение противовключением Осуществляется переключением двух фаз статора, т.е. изменением направления вращения магнитного поля машины. n -M M -n 12 В момент, когда ротор остановится, обмотку статора отключают от сети, т.к. двигатель может начать разгон в обратном направлении. 12 1 2 1 2 1 К1 К2 1 2 2 1 2 s>1, частота токов в роторе возрастает, что приводит к росту ЭДС и токов в роторе. Для ограничения вводится RT. 2 1 К1 из положения 1 в 2; К2 из 1 в 2 RT 13 2. Рекуперативное торможение (т.е. торможение с отдачей энергии в сеть) - перевод машины из режима двигателя в режим генератора. Для этого необходимо, чтобы n2>n1 n -M Такие условия могут возникнуть при спуске груза, когда момент от веса груза M действует в сторону вращения ротора. Момент меняет знак и двигатель n1 − n 2 s= < 0 тормозится до скорости х.х.. n1 14 14 3. Подключение двух обмоток к постоянному напряжению U + 1 1 2 1 2 - Ротор вращается в постоянном в пространстве и времени магнитном поле, что приводит к быстрой остановке К К из положения 1 в 2 15 По паспортным данным двигателя определить потребляемые из сети активную и реактивную мощности, мощность потерь и номинальный вращающий момент, обмотка статора соединена звездой. Дано: Решение: U л1 = 380 f = 50 Гц P2н = 4 кВт cos ϕ1н = 0.84 ηн = 84% sн = 5.1% ∆ Y = 220 380 p=2 P2н 4000 P1н = = = 4.76 кВт ηн 0.84 P1н = 3U л1 ⋅ I1н ⋅ cos ϕ1н I1н P1н 4760 = = = 8.61А 3U л1 cos ϕ1н 3 ⋅ 380 ⋅ 0.84 ϕ1н = arccos ϕ1н = 32.8o 16 Q1н = 3U л1 ⋅ I1н ⋅ sin ϕ1н = 3 380 ⋅ 8.61 ⋅ 0.54 = 3.06 кВар M врн P2н 60 P2н P2н = = = 9.55 ⋅ Ω 2 2πn2н n2н 2πn2н Ω2 = 60 60 f 60 ⋅ 50 n1 = = = 1500 об / мин p 2 n2н = n1 (1 − sн ) = 1500(1 − 0.051) = 1423об / мин M врн 4000 = 9.55 ⋅ = 26.8 Н ⋅ м 1423 ∑ ∆P =P1н − P2н = 4.76 − 4 = 0.76 кВт 17 Асинхронный двигатель работает от сети с линейным напряжением 660 В при соединении фаз звездой. Определить КПД. Дано: U л1 = 660 В P1 = 16.7 кВт cos ϕ1 = 0.87 n2н = 1470 об / мин Pст = 265 Вт Решение: I1н P1н 16700 = = = 16.8 А 3U л1 cos ϕ1н 3 ⋅ 660 ⋅ 0.87 [ ] R1(t =115) = R1(t = 20) ⋅ 1 + α ⋅ (Qраб − 20o ) = [ ] = 0.8 ⋅ 1 + 0.004 ⋅ (115o − 20o ) = 1.1 Ом Pм.п. = 123 Вт α − температурный коэффициен т R1(t = 20o ) = 0.8 Ом 0.004 для меди Qраб = 115o C − рабочая температура 18 2 Pпр1 = 3 ⋅ I1н ⋅ R1 = 3 ⋅ 16.8 ⋅ 1.1 = 931 Вт 2 Pэм = P1 − Pст − Pпр1 = 16700 − 265 − 931 = 15504 Вт n1 − n2н 1500 − 1470 sн = = = 0.02 n1 1500 Pпр2 = sн ⋅ Pэм = 0.02 ⋅ 15504 = 310 Вт Pдоб = 0.5% от P1 = 0.0005 ⋅ 16700 = 83.5 Вт ∑ ∆P =Pпр1 + Pст + Pпр2 + Pдоб + Pм.п. = = 931 + 265 + 310 + 83.5 + 123 = 1712.5 Вт P2 P1 − ∑ ∆P 16700 − 1712 η= = = = 0.898 16700 P1 P1 19 Двигатель с короткозамкнутым ротором. Найти номинальные мощность, момент, скольжение, максимальный момент, критическое скольжение, пусковой ток. Дано: Решение: P2н = 10 кВт U1н = 380 В P2н 10000 P1н = = = 11.9 кВт ηн 0.84 P2н 10000 M н = 9.55 ⋅ = 9.55 ⋅ = 67.3 Н ⋅ м n2н 1420 M max = M н ⋅ mк = 67.3 ⋅1.8 = n2н = 1420 об / мин ηн = 84% cos ϕ1н = 0.85 iп = I пуск = 6.5 I1н M mк = max = 1.8 Mн = 121 Н ⋅ м I1н P1н 11900 = = = 3U л1 cos ϕ1н 3 ⋅ 380 ⋅ 0.85 = 21.3 А 20 I пуск = I1н ⋅ iп = 21.3 ⋅ 6.5 = 138.4 А n1 − n2н 1500 − 1420 sн = = = 0.053 n1 1500 sкр = sн (mк + 2 mк − 1) = 0.053(1.8 + 1.8 − 1) = 0.175 2 21 Найти пусковой и номинальный токи при соединении обмотки статора треугольником и звездой. Дано: P1н = 43715 Вт, cos ϕ1н = 0.91, U = 220 / 380 (на щитке), iп = I пуск I1н =5 Решение: Фазные токи – токи в обмотках статора; линейные токи – токи в проводящих проводах. Пусть обмотки статора соединены треугольником на напряжение – 220 В. Тогда фазный ток в обмотке статора: I1ф P1н 43715 = = = 72.8 А 3U ф1 cos ϕ1н 3 ⋅ 220 ⋅ 0.91 22 I1л = 3I1ф = 125.9 А I пуск∆ = I1л ⋅ iп = 125.9 ⋅ 5 = 629.5 А Если обмотки статора соединены звездой на напряжение – 380 В. I1л P1н 43715 = = = 73 А 3U л1 cos ϕ1н 3 ⋅ 380 ⋅ 0.91 I пускY = I1л ⋅ iп = 73 ⋅ 5 = 365 А Т.о., при различных соединениях обмоток фазные токи практически одинаковы (73 и 72.8), а линейные и пусковые разные. 23 Двухфазные и однофазные двигатели Двигатели переменного тока, питаемые от одной фазы трехфазной системы (два провода). Обмотка ротора таких двигателей всегда короткозамкнутая. Электропитание осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В. двигатели поставляются укомплектованными конденсаторами (потребителю остается только подключить двигатель к однофазной сети согласно схемы подключения). 24 Если у статора одна обмотка, то ее ток, возбудит в машине ~ магнитное поле, ось которого F F неподвижна. Это поле будет индуктировать в обмотке ротора F F токи, которые взаимодействуя с магнитным полем, создадут электромагнитные силы, противоположно направленные в правой и левой половинках ротора. Результирующий момент = 0 M пуск = 0 - двигатель сам с места тронуться не сможет 25 Если ротор привести во вращение, то при том же неподвижном, но переменном магнитном поле в зазоре машины, ротор самостоятельно может вращаться, причем даже под нагрузкой. Если привести ротор во вращение, то МВР, создаваемый прямо вращающимся полем становится больше МВР, развиваемого обратно вращающимся полем. В результате ротор начинает вращаться. 26 Двухфазный двигатель Обмотка статора подключена к однофазной сети и состоит из двух катушек с чистом витков w1 и w2, оси которых смещены в пространстве на 900. Токи этих катушек за счет конденсатора сдвинуты по фазе. u1 w1 i1 C w2 Смещение катушек в пространстве и временной сдвиг токов обеспечивают условия создания вращающегося магнитного поля. i2 27 В качестве двухфазного можно использовать малый трехфазный асинхронный двигатель ( две фазные обмотки соединяются последовательно и включаются под напряжение, а третья соединяется последовательно с конденсатором (10мкФ на 1 кВт) и включается под то же напряжение) Если у трехфазного двигателя перегорит предохранитель в одной фазе, то он будет работать, но во избежание перегрева обмоток, нагрузка двигателя должна составлять 50-60% от номинальной. 28 Однофазный двигатель Имеет пусковую обмотку, последовательно с которой включается емкость. По окончании пуска пусковая обмотка отключается. Отличается от двухфазного только тем, что обмотка с емкостью включается только при пуске 29 Двигатель с расщепленными полюсами P = 0,5 ÷ 30 Вт Является наиболее дешевым и широко применяется в бытовых приборах (магнитофоны, проигрыватели, вентиляторы). Первая катушка (w1) паз полюс расположена на полюсах, w 1 подключена к однофазной сети и создает пульсирующий магнитный поток Ф1. Полюс w 2 статора разделен пазом на две части, одну из которых охватывает замкнутая накоротко вторая катушка (w2). 30 I1 ⇒ Ф1 ⇒ E 2 ⇒ I 2 ⇒ Ф 2 ⇒ имеем 2 переменных магнитных потока, сдвинутых по фазе и в пространстве. Возникает вращающееся магнитное поле, которое воздействуя на обмотку ротора создает Мвр. 31
