Методы регулирования скорости асинхронного двигателя. Энергетика электропривода

Искусственные характеристики мало пригодны для регулирования скорости, т.к. при ↓U → M_к резко ↓, перегрузочная способность и диапазон регулирования очень мал.

Метод используется лишь при переходных процессах для ограничения I и М

3. Изменение f питающей сети.

Наиболее перспективный и широко применяется.

 

Для лучшего использования и получения высоких энергетических показателей АД (cosφ, η, λ), одновременно с f нужно изменять и U. Закон изменения U зависит от характера нагрузки.

Если M_с=const → U₁=const.  Примем R₁=0 (f₁ пренебрегаем)

 

Регулирование вниз от основной характеристики.

«+»:

·  плавность в широком диапазоне

·  высокая жесткость

·  двухзонное регулирование  

(вверх и вниз от основной)

«-»:

·  дорогие и сложные преобразователи f

4. Изменение пар полюсов.

→ ступенчатость регулирования p

Статорная обмотка состоит из двух одинаковых секций – полуобмоток. Используются различный схемы их подключения → меняется число пар полюсов. а)

последовательное согласное включение б)

последовательное встречное включение в)

параллельное включение

Чаще на практике используют две схемы переключения :

а)

б)

ЭП с синхронным двигателем.

«+» СД:

·  высокий η (96-98%)

·  высокий cosφ (→1)

·  способен работать с отрицательным cosφ (как компенсатор)

·  возможность регулировки λ посредством I_в

·  λ меньше зависит от U сети, чем у АД

·  характеристики и свойства мало зависят от неточности монтажа ротора и износа подшипников

Применяется в нерегулируемых ЭП (компрессоры, насосы, мельницы), мощность большая 100..1000 кВт; U=380 В; 6 кВ.

Схема включения

В – возбудитель (генератор постоянного         тока с Р=(0,3..3)%Р_СД), установленный на одном валу с СД

Статор СД аналогичен статору АД, подключается к сети ~I

Ротор имеет обмотку возбуждения и         

пусковую КЗ обмотку в виде беличьей      

клетки (питается от В). Вращающий  

момент СД обусловлен взаимодействием  

вращающегося магнитного поля статора

          и ротора.

М_max определяется по угловой характеристике М=f(θ)

θ – угол между U_ф и Е

При θ=π/2 – М_max, θ=25..30° - М_н

СД может работать во всех основных энергетических режимах.

Пуск СД

1.  СД разгоняется с помощью вспомогательного двигателя до ω₀, а затем дают I возбуждения в обмотку ротора → ротор втягивается в синхронизм.

2.  Асинхронный пуск СД – для этого служит КЗ обмотка. СД разгоняется как АД (в обмотке ротора нет питания) до подсинхронной скорости ω=ω₀, затем на обмотку ротора подается I возбуждения → ротор втягивается в синхронизм.

Выбор характеристики определяется условиями работы СД. Для тяжелых условий пуска выбирают характеристику 2, т.к. М_п2> М_п1, но на характеристике 1 СД легче втягивается в синхронизм, т.к. М_вх1> М_вх2.

При пуске используются две основные схемы возбуждения:

1)  с глухоподключенным возбуждением (см. схему без К1, R, К2), для легких условий пуска;

2)  возбудитель подключается в конце пуска контактом К2. В начале пуска К1 замкнут, К2 разомкнут; в конце наоборот.

Для небольших мощностей при мощной питающей сети пуск СД происходит без ограничений пускового тока (I_пуск=(4..5) I_н)

При больших мощностях (>1000 кВт) используют R_доб, реакторы и автотрансформаторы U_c → I_пуск↓

Регулирование скорости и торможение СД.

До недавнего времени СД использовался в нерегулируемых ЭП, но с появлением ПЧ

Для торможен СД используют динамическое торможение.

   Противовключение СД используется редко, т.к. большие броски I и М → сложная схема управления

Раздел IV: Энергетика ЭП.

ЭП потребляет электроэнергию → влияет на сеть и другие потребители. Это учитывается энергетическими показателями:

– η, cosφ, потери мощности и энергии, потребляемая из сети мощность (энергия).

Потери мощности (энергии)

в установившемся режиме работы.

Бывают постоянные ∆Р_K и переменные ∆Р_V

Под переменными понимают потери, выделенные в обмотках ЭД при протекании по ним тока, определяемого механической нагрузкой ЭП.

ДПТ – 

АД –

СД –

Переменные потери мощности могут быть определены через механические параметры М и ω.

ДПТ и АД (ротор)

АД (статор)

АД

где                                – относительная скорость ДПТ.

Потери мощности при работе ЭД в номинальном режиме:

 

↓↓

                                          

Потери энергии:

а)     - для постоянной нагрузки

б)  - для циклически изменяющейся нагрузки где m – число участков;

∆Рi – потери на i-ом участке.

Потери энергии в переходных режимах.

При пуске, реверсе, торможении I > I_н → потери ↑ → дополнительный нагрев. Особенно это важно для ЭП, у которых динамический режим основной (ПКР). Это подъемные краны, прокатные станы.

В общем случае:

где а) М_с=0 (т.е. пуск без нагрузки)

    Потери энергии в якоре ДПТ и роторе АД:

Пример:

1) пуск (0′-1)    

                              →

→

потери равны запасу кинетической энергии к концу пуска

2) динамическое торможение (см. 2-0)

                                     →

3) противовключение (см. 4-3)

                                         →

4) реверс (см. 2-4)

→

Эти формулы определяют полные ∆Р_V в ДПТ.

Для АД нужно еще учесть потери в цепи статора:

б) М_с≠0

+М_с – при пуске; -М_с – при торможении

Считают, что момент const и равен М_ср .

Методы снижения потерь:

1)  берут малоинерционный ЭП (J↓);

2)  регулируют ω₀ (↓ U для ДПТ; f=var для АД).

КПД и cosφ.

КПД для циклически изменяющейся нагрузки (средневзвешенный):

где А_пол , А_потр  – полезная и потребленная энергия;

∆А – потери энергии;

Р_{пол i} – полезная механическая энергия на i-ом участке цикла;

∆Р_i – потери механической энергии;

n – число участков работы ЭП.

КПД для ЭП в установившемся режиме:

КПД ЭП как системы:

η_пу – КПД преобразующего устройства;

η_уу – КПД управляющего устройства;

η_д – КПД ЭД;

η_мп – КПД механической передачи;

Более мощные и скоростные ЭД характеризуются более высоким КПД.

КПД зависит от развиваемой ЭД полезной механической на валу.

Способы повышения КПД:

1)  ограничение времени работы ЭД на хх;

2)  обеспечение нагрузки ЭД при работе близкой к номинальной;

3)  применение регулятора экономичности;

4)  ↓ потерь энергии в переходных режимах;

5)  частотное регулирование скорости ЭД.

ЭП, подключаемые к сети ~I, потребляют P и Q. Р расходуется на полезную работу ЭП и покрытие в нем потерь. Q создает ЭМ поле, но непосредственно работы не совершает