Розділ 5. Регулювання координат еп з двигунами змінного струму.

5.1 Схеми вмикання, заміщення, характеристики та режими роботи асинхронних двигунів (ад).

ЕП з АД завдяки простоті та надійності є самими масовими. АД, особливо із короткозамкненим ротором, маса витрати активних матеріалів в 1.5…2 рази менша за двигун постійного струму. Вони мають більшу кількість каналів регулювання моменту, ніж ДПС: енергію можливо підводити до АД як з боку статора, так і збоку ротора. Повністю керувати АД, тобто можливість керування як за моментом, так і за модулем основного магнітного потоку, досягається в результаті використання як керуючої дії – вектора статорної напруги . Такий спосіб керування відомий, як векторне керування, допускає зміну і амплітуди і фази статорної напруги. Таке регулювання є найбільш точним та економічним способом регулювання моменту АД. При частотному регулюванні регулюють амплітуду та частоту напруги живлення.

На рис. 5.1 наведена схема вмикання та заміщення АД (остання – спрощена), які ми використаємо у подальшому. Додаткові резистори у колах статора та ротора можуть бути 0≤R1д≤∞ і 0≤R2д≤∞. У залежності від їх значення, вони повинні бути обчислені у схемі заміщення.

Рис. 5.1

Нагадаємо, що АД працює у режимі двигуна, якщо ковзання при є таким: 0<S<1; якщо -∞<S<0 – це режим генератора; якщо +1<S<+∞ - це режим електромагнітного гальма.

Кутова швидкість ω=ω0(1-S), тому АД може бути легко переведений у будь-який режим роботи зміною її значення.

5.2 Характеристики ад.

5.2.1 Електромеханічна характеристика – ω(І2′) – може бути побудована за допомогою схеми заміщення на рис. 5.1, б і колової діаграми, яка відома з курсу “Електричні машини” і наведена на рис. 5.2.

Рис. 5.2

З цих схем випливає , що , (5.1)

а при деякому ковзані - струм буде максимальним і пропорційним діаметру кола струмів АС (рис. 5.2)

Характерні точки характеристики:

1. S=0, тоді ω=ω0; І2′=0; І1=І0 – це точки ідеального холостого ходу.

2. S=1, тоді ω=0; І2′=Ікз – точка короткого замикання К.

3. , коли на рис.5.1, б , тоді ω1=ω0(1-S1); - точка С, яка розташована у зоні від’ємних ковзань.

4. S→±∞, тоді ω→-∞…+∞; - це асимптотичне значення струму ротора за безмежно великим збільшенням ковзання S і швидкістю ω.

Ці визначені крапки дозволяють побудувати електромеханічну характеристику на рис.5.3. Оскільки струми І2′ і І1 відрізняються на незмінну величину струму І0, то характеристика струму для І1 буде аналогічна характеристиці на рис. 5.3.

Рис. 5.3

5.3.2 Механічна характеристика – це, як відомо з курсу “Електричні машини” є залежність ω(М), або S(M). Вона наведена на рис. 5.4.

Відомо , що в загальному вигляді вираз для моменту АД буде :

, де (5.2)

, початковий пусковий момент буде, якщо в (5.2) прийняти S=1, а максимальний при критичному ковзані , якщо знехтувати величиною r1, яка дуже мала у порівнянні з xк.

Для дуже малих машин величину r1 слід ураховувати, тоді

і (5.3)

В виразах (5.3) знак (+) – для режиму двигуна, а (-) – для режиму генератора.

Рис. 5.4

Додамо, як відомо з курсу “Електричні машини” , струмові витрати у колі ротора , (5.4)

а коефіцієнт перевантаження .

Характерні точки характеристики:

1. S=0, тоді ω=ω0, М=0 – це точка ідеального холостого ходу;

2. S=1, тоді ω=0, М=Мкз – це точка короткого замикання, а момент – початковий пусковий;

3. S=Sкр, тоді М=Мmax (також і для режиму генератора) – це точка екстремуму ;

4. S→±∞, тоді ω= ∞, М→0 – вісь швидкості є асимптота механічної характеристики.

Повна формула Клосса має вигляд :

. (5.5)

Якщо прийняти r1=0, то і a=0, а спрощена формула Клосса, яку ми використаємо далі, буде:

. (5.6)

Перетворивши вираз (5.5), одержимо формулу для критичного ковзання , де (5.7) знаки (+) і(-) відповідно для двигуна та генератор. Легко запам’ятати: якщо Км=2,1 (що відповідає реальному значенню для АД), то Sкр=4Sном.

Також, вираз (5.3) буде перетворений так:

. (5.8)

Формула (5.6) дозволяє вважати, що при S>Sкр (коли можливо прийняти ) неробоча частина механічної характеристики є гіпербола; якщо ж 0<S<Sкр (коли можливо прийняти ), то робоча частина механічної характеристики є пряма лінія. Цю дуже важливу обставину використаємо далі.

Жорсткість механічної характеристики (рис. 5.4) – величина змінна ( див. (5.5) ) :

(5.9)

Якщо можливо знехтувати величиною r1, то а=0 і формула (5.9) буде спрощена. При S=Sкр, а також при жорсткість β→0 і відбувається зміна знаку жорсткості: при , β<0; при , β>0. Останнє може привести до нестійкої роботи ЕП в статичному режимі. Тому всі АД в усталених режимах роблять в умовах . Проаналізуємо ці умови роботи.

Оскільки робоча ділянка механічної характеристики є лінійною, то із формули (5.9) при а=0 і S=0 виходить , але із (5.3) Sкр~r2′, тому , тобто при введені у коло ротора резистора R2д′ - жорсткість зменшується; далі:

і , у відносних одиницях . (5.10)

Нагадаємо також, що, як відомо з курсу “Електричні машини”, робота на ділянці механічної характеристики при 0<S<Sкр є стійкою, а на ділянці при 1>S>Sкр є нестійкою.