Режимы работы, статические характеристики асинхронного электропривода с фазным ротором

Для электропривода с асинхронным двигателем (АД) при работе в двигательном и тормозных режимах приближенно характеристики могут быть рассчитаны, если известны основные технические данные двигателя и параметры его обмоток.

Расчеты выполняют, как правило, на основе Г-образной схемы замещения асинхронного двигателя.

Механические характеристики АД в режимах двигательном, торможения противовключением и рекуперативного (генераторного) торможения можно рассчитать по формуле Клосса:

где U ₁ – напряжение фазы статора;

R ₁ – активное сопротивление фазы статора;

Х _к = Х ₁ + Х' ₂ – индуктивное сопротивление к.з. фазы двигателя
(Х ₁, Х ₂` – индуктивные сопротивления фазы статора и приведенное фазы ротора);

w₀ – угловая синхронная скорость вращения;

знак «+» – двигательный режим и торможение противовключением;

знак «–» – рекуперативное торможение;

а = R ₁/ R' ₂ – коэффициент (R' ₂ – приведенное активное сопротивление фазы ротора);

– критическое скольжение;

– скольжение двигателя,

где w(n) – текущие скорости (частоты) вращения ротора двигателя.

На рис. 4.4 приведены механические характеристики АД в различных режимах работы.

Рис. 4.4. Механические характеристики режимов работы АД

При скольжении:

s =1¸0 – двигательный режим (I квадрант);

s ³1 – режим торможения противовключением (IV квадрант);

s £0 – режим рекуперативного (генераторного) торможения (II квадрант);

s £1 – режим динамического торможения (II квадрант).

Характерные точки механической характеристики в режимах двигательном, рекуперативном и противовключении следующие:

s =0, w=w₀, M =0 – точка идеального холостого хода (синхронная скорость вращения);

s =1, w=0, M = M _КЗ= M _П – точка короткого замыкания;

s = s _КД, M = M _КД, s = s _КГ, M = M _КГ – точки экстремума;

s ®±¥, w® ¥, М ®0 – асимптота механической характеристики, которой является ось скорости.

Механическую характеристику АД при динамическом торможении можно рассчитать по следующим формулам:

,

где – критическая скорость (критическое скольжение) при динамическом торможении;

– относительная скорость (скольжение) при торможении;

– максимальный (критический) момент при динамическом торможении;

К _сх – коэффициент, зависящий от способа соединения обмотки статора (К _сх=0,816, если обмотка статора соединена Y, и К _сх=0,472, если обмотка статора соединена D);

I _п – величина постоянного тока;

– индуктивное сопротивление намагничивающего контура в начальной части кривой намагничивания АД;

I ₀ – ток намагничивающей цепи АД;

– критическая скорость при динамическом торможении.

Выражения для расчета электромеханических характеристик АД (s=f(I ₁ ), s=f(I ₂ `)) выглядят следующим образом.

Ток фазы статора:

,

где – коэффициент;

– приведенный ток фазы ротора.

Электромеханическая характеристика АД изображена на рис. 4.5.

Характерные точки электромеханической характеристики:

s =0, w=w₀, I₂` =0 – точка идеального холостого хода (синхронная скорость вращения);

s =1, w=0, I₂` = I _кз – точка короткого замыкания;

s ₁=- R ₂ `/R <sub>1</sub>, w<sub>1</sub>=w<sub>0</sub>(1+ s <sub>1</sub>), I<sub>2</sub> `= I _макс= U/X _K – точка максимального значения тока ротора, лежащая в области отрицательных скольжений; s ®±¥, w® ¥, I ₂`® I _макс= – асимптотическое значение тока ротора при бесконечно большом увеличении скольжения и скорости.

Рис. 4.5. Электромеханические характеристики для различных

режимов работы АД

Скорость вращения в электроприводе с асинхронным двигателем регулируется изменением частоты f и величины U питающего напряжения, числа пар полюсов 2р, активного сопротивления статора R ₁, активного сопротивления ротора R ₂`, индуктивного сопротивления статора X <sub>1</sub> и ротора X <sub>2</sub>`.

На рис. 4.6 показаны механические естественная и искусственные характеристики при вышеуказанных способах регулирования.

АД с короткозамкнутым ротором наиболее просты по конструкции и надежны в эксплуатации, имеют высокие технические показатели; так, например, у асинхронных двигателей общепромышленного применения перегрузочная способность . Главные недостатки АД с КЗ ротором – излишняя чувствительность к напряжению питания (М º U ₁²) и трудность регулирования скорости вращения.

Рис. 4.6. Естественная и искусственные механические характеристики АД:
1 – естественная (U = U _Н, f = f _Н, r ₁, r' ₂, x ₁, x' ₂, 2 P _П = 2); 2 – искусственная (f < f _Н);
3 – искусственная (U < U _Н); 4 – искусственная (2 P _П = 4);

5 – искусственная (R ₁> r ₁, X _К > x ₁, X _К> x' ₂); 6 – искусственная (R' ₂ >r '₂)