Elektr yuritma asoslari

Пример 4.5. Определить сопротивление резистора
r_{T .ЭФ} , который следует

включить в цепь обмотки фазного ротора трехфазного асинхронного двигателя, чтобы в режиме торможения электропривода противовключением путем изменения порядка следования фаз напряжения питания создать на роторе

двигателя эффективный момент торможения
^MT .ЭФ ^.

Технические данные двигателя: номинальная мощность
^PНОМ
 45 кВт;

напряжение сети (линейное)
U_Л = 380 В; номинальный КПД
_НОМ = 90,5 %,

номинальная частота вращения n_НОМ = 970 об/мин; перегрузочная способность
_M  2,5; напряжение короткого замыкания U_К = 0,21U₁ ; ЭДС ротора E₂ =180 В;

номинальный ток ротора
I_{2 НОМ} = 160 А, коэффициент мощности при

номинальной нагрузке cos _НОМ = 0,87; обмотки статора соединены «звездой»,

частота вращения в начале торможения
n_T  n_НОМ , коэффициент мощности в

режиме короткого замыкания cos _К = 0,28. Активное сопротивление фазы

обмотки статора при рабочей температуре
Решение.

1. 
   Номинальный момент двигателя
   

r₁ = 0,06 Ом.

^M НОМ
 9,55Р_НОМ / n_НОМ
 9,55  45000 / 970  443 Н  м .

2. 
   Номинальное скольжение
   

^sНОМ
 n₁  n_НОМ / n₁ = (1000 - 970)/1000 = 0,03.

3. 
   Активное сопротивление фазы обмотки ротора
   

r₂  s_НОМ Е₂ / 3I_{2 НОМ} = 0,03 · 180/(1,73 · 160) = 0,02 Ом.

4. 
   Номинальный ток статора
   

^I1 НОМ
 Р_НОМ /3_НОМU₁ cos _НОМ = 45000/(3-0,905-220-0,87) = 86,6 А.

5. 
   Общее индуктивное сопротивление двигателя
   

x_K  U_1K / I_1H sin_K = (0,20-220/86,6)0,96 = 0,49 Ом,
где sin_K = 0,96.

6. 
   Коэффициент трансформации ЭДС между обмотками статора и ротора
   

k_Е  0,95 U_1Л / Е₂ = 0,95-380/180 = 2,0.

7. 
   Сопротивление резистора, соответствующее эффективному тормо- жению противовключением (4.71),
   

^rT .ЭФ ^
 r₂ 
 0,02  0,16 Ом.

Рис. 4.31. Применение режима торможения противовключением в подъемном

устройстве

Торможение противовключением невозможно в подъемном устройстве с

активным статическим моментом сопротивления М_С , аналогично тому, как это
происходит в двигателях постоянного тока. Допустим асинхронный двигатель с фазным ротором привода лебедки работал на подъем груза G в режиме точки А на естественной механической характеристике ( r_T  0 ), соответствующей номинальной нагрузке. Если же в цепь ротора этого двигателя включить

резистор сопротивлением
r_T  0 , то искусственная механическая

характеристика примет вид, показанный на рис. 4.31. В этих условиях статический момент сопротивления, создаваемый грузом G, превысит

наибольшее значение вращающего момента двигателя M _K
избыточного статического момента
и под действием

M_C^  M_C  M _K
начнется опускание груза со скоростью, соответствующей частоте

вращения вала двигателя - n_ОП . Изменением сопротивления r_T
в цепи фазного

ротора можно регулировать скорость опускания груза: с увеличением r_T
скорость опускания груза возрастает. Например, при повышении

сопротивления резистора до значения увеличивается до - n_О^ _П .
r_T^  r_T
скорость опускания груза

Для динамического торможения обмотку статора АД отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока, как это показано на рис. 4.32. Обмотка ротора АД 1 при этом может быть закорочена
или в ее цепь включаются добавочные резисторы 3 с сопротивлением R_{2 Д} .
Постоянный ток I_П , значение которого может регулироваться резистором
2, протекает по обмоткам статора и создает неподвижное в пространстве

магнитное поле (возбуждает АД). При вращении ротора в нем наводится ЭДС, под действием которой в обмотке протекает ток, создающий магнитный поток, также неподвижный в пространстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме генератора независимого возбуждения от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей ЭП и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

Рис. 4.32

Формулы для характеристик АД в режиме динамического торможения выводятся на основании анализа его схемы замещения.

Опуская вывод формул, представим графически электромеханическую
I₂^ s (кривая 7) и механические M s кривые 4... 6 характеристики АД.

Характеристика
I_R^ s
расположена на рисунке в первом квадранте, где

s   / ₀

• 
  скольжение АД в режиме динамического торможения. Механические
  

характеристики АД расположены во втором квадранте.
Различные искусственные механические характеристики АД в режиме

динамического торможения можно получить, изменяя сопротивление
^R2 Д

добавочных резисторов 3 в цепи ротора или постоянный ток I_П , подаваемый в
обмотки статора. На рисунке показаны механические характеристики АД для

различных сочетаний I_П
и R_{2 Д} . Характеристика 6 соответствует току
I _П1 и

сопротивлению резистора
R_{2 Д1} , максимальный момент на ней равен
М _м1 а

скольжение, ему соответствующее, - s_м1 . Увеличение сопротивления резисторов

^{3 R}2 Д 2 ^{ R}2 Д 1
при
I_П  const
не приводит к изменению максимального момента, в

то время как максимальное скольжение s_м при этом пропорционально

возрастает, что видно из характеристики 4. Увеличение тока
I_П I_{П 2}  I_П1 
при

R_{2 Д1}  const
вызывает увеличение максимального момента пропорционально

квадрату тока. Характеристика двигателя в этом случае имеет вид кривой 5.

Варьируя значения I_П и R_{2 Д} , можно получить желаемый вид механических
характеристик АД в режиме динамического торможения и тем самым соот- ветствующую интенсивность торможения асинхронного ЭП.
Если применить динамическое торможение для остановки асинхронного двигателя в одну ступень с введением в цепь ротора достаточно большого сопротивления, вначале тормозной момент будет большим, близким к максимальному, но при уменьшении скорости вращения до значений близких к нулю тормозной момент резко падает и время торможения будет увеличиваться. Чтобы уменьшить время торможения, необходимо уменьшить сопротивление в цепи ротора и перейти с характеристики 4 на характеристику
6 в точке А с меньшим s_max s_m , тормозной момент возрастет и время
торможения уменьшится. Чтобы осуществить характеристику типа 6
необходимо уменьшить добавочное сопротивление в цепи ротора в данном
случае в два раза. Если задаться величиной критического скольжения ( s_M и
s_КР ), то величину добавочного сопротивления резистора можно определить из уравнения для критического (максимального) скольжения
_{s } r₂^  r_Д^_{ОБ ,}
K _x

где
K
x_K  x₁  x₂^ - индуктивное сопротивление короткого замыкания;

r^ - приведенное активное сопротивление ротора:
r^  к²  r и x^  к²  х ,

2
а к  ^U1 - коэффициент трансформации.
E₂
2 2 2 2

Однако, как следует из рис. 4.32, гораздо эффективнее перейти на характеристику 5 путем увеличения постоянного тока статора путем уменьшения сопротивления 2 (рис.4.32).
В реальных схемах управления пуском и торможением асинхронного двигателя торможение до полной остановки двигателя, как правило, не производится, и двигатель отключается в зоне малых скоростей ротора с последующей остановкой его за счет статического момента сопротивления двигателя и приводимого им механизма. Здесь необходимо отметить, что в режиме пуска двигателю приходится преодолевать указанные выше моменты сопротивления и разгон происходит за счет избыточного момента двигателя
 М  М_дв  _ M_c , в то время как при торможении суммарный тормозной
момент определяется тормозным моментом двигателя и моментом
сопротивления, т.е. М_Т  М_дв  _ М_с , поэтому торможение происходит гораздо
быстрее, чем разгон двигателя при пуске.