- •Асинхронные машины
- •2.1. История создания и область применения асинхронных двигателей
- •2.2. Устройство трёхфазной асинхронной машины
- •2.3. Получение вращающегося магнитного поля
- •2.4. Режимы работы трёхфазной асинхронной машины
- •2.5. Процессы в асинхронной машине
- •2.5.1. Цепь статора
- •2.5.2. Цепь ротора
- •2.5.3. Ток статора
- •2.6. Электромагнитный момент асинхронной машины
- •2.7. Зависимость электромагнитного момента от скольжения
- •2.8. Механическая характеристика асинхронного двигателя
- •2.9. Совместная работа асинхронного двигателя с нагрузкой на валу
- •2.10. Искусственные механические характеристики
- •2.11. Пуск в ход асинхронного двигателя
- •2.11.1. Прямое включение в сеть
- •2.11.2. Пуск при пониженном напряжении
- •2.11.3. Реостатный пуск асинхронных двигателей
- •2.11.4. Использование двигателей с улучшенными пусковыми свойствами
- •2.12. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
- •2.12.1. Изменение скольжения
- •2.12.2. Изменение числа пар полюсов
- •2.12.3. Изменение частоты источника питания
- •2.13. Тормозные режимы асинхронных машин
- •2.13.1. Генераторное торможение
- •2.13.2. Динамическое торможение
- •2.13.3. Торможение противовключением
- •2.14. Коэффициент мощности асинхронного двигателя и его зависимость от нагрузки на валу
2.12.3. Изменение частоты источника питания
В качестве таких источников питания в настоящее время начали находить применение преобразователи частоты (ПЧ), выполняемые на мощных полупроводниковых приборах – тиристорах. Из уравнения трансформаторной ЭДС U1=4,44w1k1fΦ следует, что для сохранения неизменным магнитного потока, т.е. для сохранения перегрузочной способности двигателя, необходимо вместе с частотой изменять и действующее значение подведенного напряжения. При выполнении соотношения U1/f1=U'1/f'1, критический момент не изменяется и получается семейство механически характеристик, представленное на рис. 2.24.
Рис. 2.24. Механические характеристики при частотном регулировании
Достоинства этого способа: плавное регулирование, возможность повышать и понижать частоту вращения, сохранение жесткости механических характеристик, экономичность. Основной недостаток – требуется преобразователь частоты, т.е. дополнительные капитальные вложения.
2.13. Тормозные режимы асинхронных машин
При работе многих производственных механизмов возникает необходимость в быстрой остановке (торможении) двигателя. Для этой цели широко используются механические тормоза, но асинхронная машина может сама выполнять функции тормозного устройства, работая в одном из тормозных режимов. При этом механические тормоза используются как запасные или аварийные, а также для удержания механизма в неподвижном состоянии.
Различают следующие тормозные режимы асинхронных машин:
генераторное торможение;
динамическое торможение;
торможение противовключением.
2.13.1. Генераторное торможение
Машина переходит в режим генератора, если n>n0, т.е. если ротор вращается быстрее магнитного поля. Этот режим может наступить при регулировании скорости вращения увеличением числа пар полюсов или уменьшением частоты источника питания, а также в подъемно-транспортных машинах при опускании груза, когда под действием силы тяжести груза ротор начинает вращаться быстрее магнитного поля.
В режиме генератора изменяется направление электромагнитного момента, т.е. он становится тормозным, под действием чего происходит быстрое снижение скорости вращения. Одновременно изменяется фаза тока в обмотке статора, что приводит к изменению направления передачи электрической энергии. В режиме генератора происходит возврат энергии в сеть.
На рис. 2.25 представлены механические характеристики при генераторном торможении за счет опускания груза (а) и понижении частоты источника питания (б).
Рис. 2.25
Пусть двигатель с заданной нагрузкой на валу работал в точке A (рис. 2.25.а). Если под действием опускаемого груза ротор начнет вращаться быстрее магнитного поля и рабочая точка попадает в точку B, то nв>n0, машина будет развивать тормозной момент и частота вращения снизится до величины меньшей n0. Одно из достоинств генераторного торможения у асинхронных машин заключается в том, что переход в режим генератора происходит автоматически, как только ротор начинает вращаться быстрее магнитного поля. Это защищает асинхронные двигатели от аварийной ситуации, которая может наступить у двигателей постоянного тока. Асинхронные двигатели не могут пойти в разнос. Максимальная частота вращения ротора ограничивается частотой вращения магнитного поля.
Пусть двигатель работает с заданной нагрузкой на валу в точке A характеристики 1 (рис. 2.25.б). При снижении частоты источника питания рабочая точка должна перейти в точку C характеристики 2. Но если nА окажется больше новой пониженной частоты вращения магнитного поля n02, то машина из точки A переходит в точку B, работая на участке B–n02 в режиме генератора. За счет этого происходит быстрое снижение частоты вращения. На участке n02–C машина работает в режиме двигателя, но происходит дальнейшее уменьшение частоты вращения ротора, пока вращающий момент не станет равным моменту нагрузки (т. C). Новое состояние равновесия с заданной нагрузкой наступает в точке C. Генераторное торможение является самым экономичным режимом, т.к. происходит преобразование механической энергии в электрическую и возврат энергии в сеть. Одним из достоинств этого тормозного режима является его самопроизвольное появление, т.е. не требуется никакая контролирующая аппаратура.