Курсовая работа. Плэннэ. Вид работы Курсовая работа Название дисциплины Электрический привод Тема Расчет механических характеристик и тормозных сопротивлений асинхронного электродвигателя в тормозных режимах
![]()
|
Основные данные о работе
СодержаниеВведение 3 1 Генераторное торможение асинхронных двигателей с отдачей энергии в сеть…………………………………………………………………………….5 2 Торможение противовключением асинхронного двигателя………………9 3 Динамическое торможение асинхронных двигателей…………………….12 Заключение 20 Глоссарий 22 Список использованных источников 24 Список сокращений 26 Приложения 27 ВведениеНаибольшее распространение получили асинхронные двигатели, причем из всех электрических двигателей они являются самыми распространенными. Преимущества асинхронного двигателя состоят в простоте устройства, изготовления и эксплуатации, а также в большой надежности и сравнительно низкой стоимости. Широкое применение находит трехфазный асинхронный двигатель. Используют также однофазный асинхронный двигатель. Трехфазные двигатели применяют во всех отраслях народного хозяйства, однофазные - в основном в схемах автоматики, для привода электроинструмента, бытовых машин и т.п. Промышленность выпускает асинхронные двигатели на рабочее напряжение от 127 В до 10 кВ, мощностью от долей ватта до нескольких тысяч киловатт. Однофазные асинхронные двигатели имеют мощность, как правило, не превышающую 0,5 кВт. Двигатели максимальной мощности изготовляются на напряжение 6-10 кВ. При частоте 50 Гц синхронная частота вращения двигателей различного типа колеблется от 500 до 3000 об/мин. Кроме асинхронных двигателей, преобразующих электрическую энергию переменного тока в механическую энергию, имеются асинхронные машины, выполняющие функции преобразователя частоты, регулятора напряжения и фазорегулятора. Асинхронный двигатель может работать в следующих тормозных режимах: 1) генераторное торможение с отдачей энергии в сеть; 2) торможение противовключением; 3) динамическое торможение. Все перечисленные способы применимы принципиально как к двигателю с фазным ротором, так и короткозамкнутым ротором. Целью курсовой работы является расчет механических характеристик и тормозных сопротивлений асинхронного электродвигателя в тормозных режимах. Для достижения данной цели были поставлены такие задачи, как: - изучить способы торможения асинхронного двигателя; - изучить особенности расчета механических характеристик и тормозных сопротивлений асинхронного электродвигателя в тормозных режимах. При написании курсовой работы использованы учебные пособия по электротехнике и электронике. Основная часть1 Генераторное торможение асинхронных двигателей с отдачей энергии в сетьКак все электрические машины, асинхронная машина, обратима. Если к валу асинхронной машины приложен тормозной статический момент, то она, преодолевая внешний момент, работает как двигатель и потребляет мощность из сети. Если внешний статический момент на валу двигателя отсутствует, то двигатель, подключенный к сети, будет вращаться со скоростью, близкой к синхронной. При этом из сети потребляется энергия, необходимая для покрытия потерь. Если же с помощью первичного двигателя вращать ротор с синхронной скоростью, то есть будет покрывать только потери статора, а потери ротора (механические и в стали) будут покрываться первичным двигателем. Рассмотрим работу двигателя при скорости выше синхронной. В этом случае ротор будет вращаться со скоростью большей, чем скорость магнитного поля. Это приводит к изменению направления пересечения обмоток ротора магнитными силовыми линиями поля статора (в двигательном режиме ротор отставал от поля статора). Следовательно, изменится направление ЭДС, наводимой в статоре, и направление статорного тока, т.е. теперь энергия будет отдаваться в сеть. Указанное явление можно объяснить векторной диаграммой АД в генераторном режиме, представленной на рис. 4.10. При переходе в генераторный режим ЭДС ротора меняет свой знак Е2=Е2·S, т.к. приведенный ток ротора в этом случае ![]() т.е. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() В генераторном режиме S<0. При этом ![]() ![]() ![]() Двигатель переходит в генераторный режим. Электромагнитный момент также меняет свой знак и он становится тормозным. Следовательно, двигатель работает уже генератором параллельно с сетью, и отдает электрическую энергию, потребляя при этом реактивную мощность для возбуждения. Следует заметить, что асинхронная машина как в двигательном, так и в генераторном режиме потребляет реактивную энергию из сети, т.е. генераторный режим возможен только при наличии сети, которая способна снабжать асинхронный генератор реактивной мощностью, необходимой для создания магнитного поля. Часто характеристики, соответствующие генераторному скольжению, будут располагаться во втором квадрате (II). Поэтому данному режиму будут соответствовать значения скольжения от “0” до “- ![]() Торможение с рекуперацией энергии в сеть используется в подъемно транспортных устройствах при спуске тяжелых грузов. Под действием опускающегося груза асинхронная машина начинает вращаться со скоростью ![]() ![]() Если на валу механизма имеется реактивный, статический момент, то торможение с рекуперацией энергии в сеть возможно только в случае использование асинхронного двигателя с переключением числа пар полюсов. Предположим, что обмотки статора включены таким образом, что они обеспечивают меньшее число пар полюсов, т.е. двигатель работает в точка А, на высшей скорости ![]() Если обмотки переключить на меньшее число пар полюсов p2, то двигатель перейдёт работать в точку В на характеристику 2, проходящую через точку ![]() Скорость вращения двигателя при переключении окажется больше синхронной скорости, соответствующей новому числу полюсов, т.е. ![]() Машина перейдет в режим генератора. На рис. 4.10 область с отдачей энергии в сеть соответствует участку ВСД механической характеристики. Этот процесс применяется (имеет место) например в приводах металлорежущих станков при переключении скоростей двигателя. 2 Торможение противовключением асинхронного двигателяЗначительно большее применение на практике имеет торможение противовключением. · Торможение противовключением посредством включения значительного по величине сопротивления в цепь ротора. Режим противовключения можно получить в том случае, если обмотка статора будет включена для одного направления вращения, а ротор под действием внешнего момента или по инерции будет вращаться в противоположном направлении. Этот режим может иметь место в подъемно – транспортных установках при спуске груза, когда статор двигается включен для работы на подъем, а ротор под действием момента от груза вращается в противоположном направлении. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Недостатком данных характеристик является их большая крутизна, трудность получения малых скоростей опускания груза, и возможность значительного колебания скорости спуска при незначительном изменении веса груза. Несмотря на это данный вид торможения применяется широко. · Торможение противовключением изменением порядка чередования фаз статора АД Наиболее часто режим противовключения применяется для быстрой остановки двигателя. Для перехода из двигательного режима в режим противовключения необходимо переключить две фазы статора. Вращающееся поле статора при этом изменит направление вращения, а ротор по инерции будет вращаться в прежнем направлении. Машина перейдет в режим противовключения. При этом ток и момент изменяют свой знак. Момент станет тормозным и двигатель быстро остановится. Механическая характеристика такого режима противовключения показа на рис. 4.12. Режим противовключения соответствует участку ВС механической характеристики. ![]() При реактивном статическом моменте Мс установившийся режим наступит в точке D (ω=ω2). При активном статическом моменте Мс, который не изменяет своего знака, скорость АД превысит ω=-ω0 и достигнет значения ω=ω3. В режиме противовключения ротор и поле статора вращаются в противоположном направлениях, поэтому скорость пересечения обмотки ротора полем статора определяется суммой скоростей ротора и поля статора. Скольжение двигателя в точке В будет: ![]() т.к. ![]() Это приводит к разному увеличению ЭДС, ![]() Несмотря на повышенные потери в двигателе в этом режиме, в двигателе развивается повышенный тормозной, что обеспечивает торможение АД. Поэтому торможение противовключением очень широко применяется в электроприводе. 3 Динамическое торможение асинхронных двигателейДинамическое торможение асинхронного двигателя осуществляется обычно отключением статора двигателя от сети переменного тока и включением его на сеть постоянного тока. Для перехода из двигательного режима в режим динамического торможения контактор КМ1 отключает статор от сети переменного тока, а контактор КМ2 присоединяет обмотку статора к сети постоянного тока. Для ограничения тока и получение различных тормозных характеристик в цепь ротора включено внешнее сопротивление R2д. ![]() В этих условиях асинхронный двигатель представляет собой синхронный генератор с неявно выраженными полюсами, работающий при переменной частоте. При динамическом торможении, также и как в двигательном режиме обмотки ротора пересекаются магнитным потоком статора. Поэтому процессы в машине для этих режимов аналогичные. А, следовательно, и механические характеристики двигателя при динамическом торможении будут аналогичны механическим характеристикам при двигательном режиме работы (это же можно доказать аналитически). Все характеристики проходят через начало координат, так как при скорости, равной нулю, тормозной момент в этом режиме также равен нулю. Скольжение при динамическом торможении определяется как отношение скорости вращения ротора к синхронной скорости: ![]() Это определение скольжения полностью соответствующему общему определению скольжения асинхронной машины. Действительно, под скольжением асинхронной машины в любом режиме работы понимают отношение скорости вращения ротора относительно поля статора ![]() ![]() В режиме динамического торможения поле неподвижно в пространстве, и поэтому скорость вращения ротора относительно поля статора будет равна скорости вращения ротора. Величина критического момента пропорциональна квадрату приложенного к статору напряжения и возрастает с ростом напряжения (если пренебречь насыщением): критическое скольжение зависит от сопротивления, включенного в ротор. Оно увеличивается пропорционально этому сопротивлению. Следует иметь в виду, что в схеме динамического торможения токи Iдт протекают (при соединении обмоток в звезду не по трём, а по двум фазным обмоткам) Для расчёта характеристик нужно заменить реальный ток Iдт эквивалентным током Iэкв, который протекая по трём фазам, вызывает ту же намагничивающую силу, что и ток Iдт. Например, для схемы рис. 4.15,а Iэкв=0.816·Iдт, и для схемы (рис. 4.15, б) Iэкв=0.472Iдт. С учетом этих особенностей можно записать следующие выражения для тока ![]() Ток намагничивания ![]() ![]() ![]() где Мдтк = критический момент при динамическом торможении ![]() Sотк - критическое скольжение при динамическом торможении ![]() Следует отметить, что критическое скольжении в режиме динамического торможения меньше критического скольжения в двигательном режиме, т.к. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Энергетика в режиме динамического торможения АД работает как синхронный генератор, нагруженный на сопротивление Rд. Вся механическая мощность, поступающая на вал двигателя при торможении преобразуется в электрическую и идёт на нагрев сопротивления роторной цепи. Механические характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения при различных сопротивлениях в цепи ротора и различных значениях постоянного тока в статоре ![]() ![]() Поэтому используют различные способы включения обмоток статора при питании их от источника постоянного тока (рис.4.15). Наиболее простыми применяющимися на практике является первые две схемы. ![]() Иногда используются динамическое торможение с самовозбуждением для двигателей с короткозамкнутым ротором. В этом случае к обмотке статора приключаются конденсаторы по схеме рис. 4.16. Машина работает самовозбужденным асинхронным генератором. Толчок для самовозбуждения создает ЭДС, индуктируемая в обмотках как статора вращающимся ротором за счет остаточного намагничивания последнего. ЭДС от остаточного намагничивания ![]() ![]() ![]() ![]() Зависимость между напряжением и током конденсатора прямоугольника, а зависимость между потоком намагничивания и ЭДС генератора определится его кривой холостого хода. Поэтому процесс самовозбуждения будет протекать до тех пор, пока не наступит равновесие напряжения на зажимах конденсаторов и генератора (точка А). ![]() Максимум тормозного момента при уменьшении емкости конденсатора перемещается в области более высоких скоростей. Недостатки данного вида торможения: 1) возникновение тормозного момента только при ![]() 2) срыв моментов при скоростях, превышающих ![]() 3) необходимость большой емкости конденсаторов для обеспечения тормозного эффекта при пониженных скоростей. Преимуществом. Конденсаторного напряжения является отсутствие необходимости во внешнем источнике электрической энергии. Примечание. Несмотря на аналогию уравнения механической характеристики для режима динамического торможения и уравнений для других режимов, режим динамического торможения и характеризующие его кривые имеют значительное отличие от двигательного режима: 1) при двигательном режиме работы результирующий магнитный поток, созданный магнитодвижущими силами статора и ротора, вращается в пространстве с синхронной скоростью, при динамическом торможении магнитный поток неподвижен. 2) Ток статора в двигательном режиме изменяется в функции скольжения, а при динамическом торможении постоянный ток статора не меняется. 3) Результирующий магнитный поток в двигательном режиме остается примерно постоянным, а при динамическом торможении и малой скорости ротора магнитный поток увеличивается, т. к. при этом уменьшается размагничивающее действие реакции ротора. В двигательном режиме все характеристики начинаются в точке, соответствующей синхронной скорости, а при динамическом торможении выходят из точки, соответствующей неподвижному ротору. ЗаключениеТаким образом, в списке лучших изобретений Николы Теслы находится и двигатель переменного тока. Иначе его называли асинхронной машиной. Такой двигатель стал очередным этапом в развитии идей ученого, касающихся использования переменного тока. Генератор Теслой к этому времени был уже изобретен. Оставалось только создать машину, которая бы в своей работе использовала выработанный им переменный ток. Свой первый вариант двигателя Никола продемонстрировал в 1887 г. В том же году эта модель им была усовершенствована. Асинхронные двигатели, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является трудность регулировки частоты вращения. Для реверсирования трехфазного асинхронного двигателя (то есть изменения направления его вращения в противоположную сторону) меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, приближающихся к обмотке статора. Асинхронный двигатель может работать в следующих тормозных режимах: 1) генераторное торможение с отдачей энергии в сеть; 2) торможение противовключением; 3) динамическое торможение. Все перечисленные способы применимы принципиально как к двигателю с фазным ротором, так и короткозамкнутым ротором. Как все электрические машины, асинхронная машина, обратима. Если к валу асинхронной машины приложен тормозной статический момент, то она, преодолевая внешний момент, работает как двигатель и потребляет мощность из сети. Если внешний статический момент на валу двигателя отсутствует, то двигатель, подключенный к сети, будет вращаться со скоростью, близкой к синхронной. При этом из сети потребляется энергия, необходимая для покрытия потерь. Если же с помощью первичного двигателя вращать ротор с синхронной скоростью, то есть будет покрывать только потери статора, а потери ротора (механические и в стали) будут покрываться первичным двигателем. Значительно большее применение на практике имеет торможение противовключением. · Торможение противовключением посредством включения значительного по величине сопротивления в цепь ротора. Режим противовключения можно получить в том случае, если обмотка статора будет включена для одного направления вращения, а ротор под действием внешнего момента или по инерции будет вращаться в противоположном направлении. Этот режим может иметь место в подъемно – транспортных установках при спуске груза, когда статор двигается включен для работы на подъем, а ротор под действием момента от груза вращается в противоположном направлении. Динамическое торможение асинхронного двигателя осуществляется обычно отключением статора двигателя от сети переменного тока и включением его на сеть постоянного тока. Для перехода из двигательного режима в режим динамического торможения контактор КМ1 отключает статор от сети переменного тока, а контактор КМ2 присоединяет обмотку статора к сети постоянного тока. Глоссарий
Список использованных источников
Список сокращенийСистема автоматического управления (САУ) Приложения
|