Онищенко Г.Б. и др. Автоматизированный электропривод промышленных установок

Подождите немного. Документ загружается.

И больших скольжениях наводится значительная э.д.с. сколь-

]Я.

При использовании в качестве возбудителя тиристорного

разователя или вращающихся выпрямителей во время пуска

*а возбуждения закорачивается через шунтирующие тири-

ы.

Рассмотрим схему 4.27в. При пуске двигателя в асинхронном

:име напряжение тиристорного преобразователя UD равно ну-

В обмотке возбуждения индуктируется переменная э.д.с.

ьжения, под действием которой через стабилитроны VD от-

ваются вспомогательные тиристоры VS, и обмотка возбужде-

закорачивается на разрядное сопротивление R Когда двига-

Рис.4.27. Схемы возбуждения синхронного двигателя

гель достигает подсинхронной скорости, э.д.с. скольжения стано-

вится малой, стабилитроны запираются и тиристоры VS отклю-

чают разрядное сопротивление, после чего в обмотку возбужде-

ния подается постоянный ток от преобразователя UD.

В последние годы получили распространение возбудители,

встроенные в конструкцию синхронной машины (рис.4.27г). Воз-

будитель состоит из синхронного генератора G, ротор которого

расположен на валу синхронного двигателя М, неуправляемых

выпрямителей, вспомогательных тиристоров и разрядных сопро-

тивлений, также размещенных на валу синхронного двигателя

Регулирование тока возбуждения производится изменением тока

возбуждения возбудителя G. По достижении подсинхронной ско-

рости цепи, шунтирующие обмотку возбуждения, размыкаются и

в обмотку подается постоянный ток. после чего двигатель втяги-

вается в синхронизм, его скорость достигает синхронной, и в

дальнейшем он работает в синхронном режиме.

4.7.3. Регулирование тока возбуждения синхронною

двигателя

Регулирование тока возбуждения двигателя при работе в

синхронном режиме осуществляется, как правило, САР возбуж-

дения. САР возбуждении выполняет две основные функции. Пер-

вая - обеспечение устойчивой работы в синхронном режиме. При

набросах нагрузки или при снижении величины питающего на-

пряжения САР возбуждения форсирует (увеличивает) ток воз-

буждения, благодаря чему увеличивается максимальный момент

двигателя в синхронном режиме (см.рис.4.26). Вторая - осущест-

вление автоматическою регулирования величины реактивной

мощности, циркулирующей в статорной цепи двигателя.

Важным достоинством синхронных двигателей является

возможность регулирования величины реактивной мощности,

циркулирующей в цепи статора, в том числе возможность, рабо-

тая двигателем, т.е. потребляя активную мощность, одновремен-

но генерировать реактивную мощность, т.е. работать компенса-

тором реактивной мощности, потребляемой другими параллельно

работающими приемниками электрической энерг ии, прежде все-

го асинхронными двигателями. .

Применение на предприятиях синхронных двигателей. На-

ряду с асинхронными, позволяет уменьшить реактивную мощ-

ность, потребляемую предприятием в целом, и поддерживать

ативное значение costp в энергосистеме данного предпри-

.4.28. Векторные диаграммы синхронного двигателя при разных то-

ках возбуждения и одинаковой нагрузке на валу

орная диаграмма (а) соответствует току возбуждения мень-

е номинального; при этом вектор тока статора /, отстает от вск-

ра напряжения сети Ь\ на угол (р, т.е. двигатель работает с от-

шими cos^> (реактнвная мощность «потребляется»). При

иченни тока возбуждения э.д.с. Ей наводимая в обмотках

статора, увеличивается

и может достигнуть

такого значения, при

котором ток статора /,

будет совпадать по

фазе с напряжением

£/,, т.е. costp-0

(см.рис.4.28б). Момент

на валу двигателя при

этом будет такой же,

как и в предыдущем

случае, но реактивная

мощность будет равна

нулю. Очевидно (это

Рис.4.29. U-обрапные характеристики

синхронного двигателя

Возможность регулирования реактивной мощности в цепи

ра двигателя путем изменения тока его возбуждения иллю-

руется векторными диаграммами на рис.4.28.

следует из формулы (4.41) ток статора /, при данном моменте на-

грузки будет минимальным. Этот режим является энергетически

наиболее выгодным для синхронного двигателя» г.к потерн в ста-

торе будут минимальны.

Если еще больше увеличить ток возбуждения, то ток статора

будет опережать по фазе напряжение 6',, cosp станет опере-

жающим, и синхронный двигатель будет генерировать реактив-

ную мощность (см рис. 4.28в). Зависимость тока статора от тока

возбуждения синхронного двигателя отражается 6

-образными

характеристиками синхронного двигателя, представленными на

рис.4.29.

4.8. Асинхронный двигатель, как динамический объект

Динамические свойства асинхронного двигателя следует

рассматринагь для двух случаев.

Первый когда двигатель работает на рабочей части меха-

нической характеристики с малыми скольжениями при постоян-

ном потоке статора, и переходные режимы связаны, прежде все-

го. с изменениями нагрузки на валу двигателя. Второй случай

когда изменяется во времени поток двигателя; этот случай харак-

терен для условий пуска при подаче напряжения на обмотки ста-

тора.

Рассмотрим первый случай. Формулу Ююсса (4 30) для этого

случая можно упростить, поскольку при малых скольжениях чле-

ном <:/$х н знаменателе можно пренебречь и. считая рабочую

часть механической характеристики в пределах скольжений от 0

до линейной, получим

Л/ = ^ = К -

(О)

= а)) (4.47)

где f\-l—L- - жесткость линеаризированной рабочей частй

ЩЩ

механической характеристики асинхронного двигателя.

При малых скольжениях ток ротора можно приближенно

считать активным, поэтому момент двигателя пропорционален

току. При приложении нагрузки к валу двигателя скольжение

увеличивается, увеличивается э.д.с ротора и возрастает ток рото^

ра. Однако из-за значительной индуктивности обмоток двигателя

нарастание тока протекает во времени примерно по экспонении-

>му закону с постоянной времени

т = b. lb.

Г, + r

{

•скольку момент пропорционален току /;, то по аналогии с (3.9)

Л/ + Т

—— = fi(co

- со).

Исходи из выражений (4.47), (4.48) и уравнения движения,

сно составить структурную схему асинхронного двигателя

)к постоянной величине электромагнитного потока статора

жо.4.30)

Из этой схемы

следует, что

при приложе-

нии нагрузки к

валу двигателя,

его скорость

будет изме-

няться в соот-

ветствии с пе-

<ЛлУ

iff

Т,р

« 1

: А

30 Vпрошения* струлгурмм схема 1сннх?он1шго

ниппели при постоянной величине потока ciaivipa

>чной функцией.

эР

(4.50)

МЛг)

где J

,\f

__ - электромеханическая пос тоям пан времени. Это

»жение полностью соответствует формуле (3.14).

При приложении нагрузки к валу двигателя его скорость

тьшится, возрастет скольжение, и. следовательно, э.д.с. рото-

Е, = E

2i/

s, благодаря чему увеличатся токи ротора и статора.

Как уже указывалось в §3 4, характер переходного процесса

Hieит ОТ соотношения постоянных времени: электромеханиче-

)й и )лектромагннтной /•>, Если Гм>4Тэ, то корни характе-

нческою у ран нения будут действительными и переходный

сс будег носить характер, близкий апериодическому

м.рис.З II). Если корни характеристического уравнения будут

комплексно сопряженными с отрицательной действительной ча-

>, что будет иметь место при то характер изменения

jpociH при скачкообразном приложении нагрузки будет коле-

зльным с затуханием, как показано на рне.3.1!.

m M

Переходные процессы,

происходящие R асин-

хронном двигателе при

сто включении в сеть и

разгоне до рабочей ско-

рости, связаны со слож-

ными электромагнитны-

ми процессами, происхо-

дящим в двигателе н

связанными с формирова-

нием электромагнитного

поля, вращающегося в

пространстве со скорос-

тью щ

Рис 4.51

Icpc.vjunuc характеристики момента и

угловпН скорби нейтронного

.I3MI

сяк

при

Асинхронный двигатель

содержит трехфазную

систему магннтосвязан-

ных обмоток статора и

nyoke.

и)

бплмстл

5йе«арома1

ннтнм.х перекоят роюра 11рИ ПОДКЛЮЧС-

сети к обмотках из-за наличия индуктивностей и вэаимоиндук-

тишюстей возникают переходные гоки, содержащие принужден-

ные и свободные составляющие. ")ти токи создают принужден-

ные и свободные составляющие магнитных потоков статора и ро-

тора, которые, взаимодействуя друг с другом, создают электро-

магнитный момент, изменяющийся в функции времени и сколь-

жения по сложным законам Поля, образуемые свободными то-

ками. могут усиливать или ослаблять поле, образуемое принуж-

денными (г.е.установивгаимися) значениями поля, вызывая коле-

бательность переходного значения электромагнитного момента

Максимальное значение переходного момента может в не-

сколько раз превышать пусковой момент двигателя, а в начале

разгона переходный момент может иметь и отрицательные зна-

чения Па рис.4. п| показано сравнение переходных характери-

стик 0-/(1) и M-f(i) асинхронного короткозам кнут ого двигателя

при пуске вхолостую. Характеристики, показанные на графике

рис 1.3!а построены без учета электромагнитных переходных

процессов, здесь кривая момента соответствует механической ха-

рактеристике двигателя Па рие.4.31б представлены переходное

характеристики, построенные с учетом переходных электромаг-

нитных процессов, связанных с формированием вращающегося

них нриисссрк.

О)

с учешм

НИИ статора к питающей

юмагнитного поля статора и токов ротора в процессе вклю-

ия обмоток статора в сеть и разгона до установившейся ско-

ги (в данном случае до а>

). Из рассмотрения характеристики

видно, что величина момента колеблется относительно

ачений момента, определенных по механической характери-

двнгателя. Ввиду значительной сложности анализа рас-

иваемых процессов для более подробного изучения читате-

1 следует обратиться к дополнительной литературе [1-3].

4.9. Синхронный двигатель, как динамический объект

Зависимость момента синхронного двигателя от пространст-

ого угла в между осями вращающегося магнитного поля и

ра лннсаризованно (см 4.42) может быть представлена как

М-иО. (4.51)

Такое соотношение говорит о том, что по своим динамиче-

ш свойствам синхронный двигатель подобен пружине - чем

ьше угол закручивания, тем больше момеш. Это обстоя тель-

обьясняет склонность синхронной машины к колебаниям

оло установившегося значения 0

>vm

, определяемого моментом

узки на валу двигателя, Дня демпфирования колебаний ис-

ьзуется пусковзя (асинхронная) короткозамкнутая обмотка,

положенная на роторе двигателя. Демпфирующий момент,

иваемый благодаря наличию этой обмотки будет согласно

М7)

где (} - жесткость рабочей части механической характерн-

ки двигателя в асинхронном режиме.

Выражение (4.52) говорит о том, что как только скорость ро-

ра синхронного двигателя отклоняется по величине от скорости

оля соо, возникает момент Иаыя, стремящийся восстановить ра-

нство скоростей ротора и поля. Если учесть, что угол в есть ин-

ал разности скоростей

0 = \(io

-<o)dt, (4 53)

можно составить структурную схему, отражающую динамиче-

ie свойства синхронного двигателя при приложении нагрузки

(рис.4.32а). В этой схеме моменты, отражающие взаимодействие

вращающегося электромагнитного поля с током (потоком) в об-

мотках ротора, суммируются. Структурная схема (4.32а) отража-

ет следующие уравнения в операторной форме:

<)tua

-M

=Jpo>

в{<0

-0>)

M^UT^fiicot-

а)

7>+!

Мс

(4.54)

•-Г

©пс

1 /R,

ги

Т,р

+ \

х,

Мс

Рнс.4.32. Упрощенные структурные схемы синхронного двигателя

а) при приложении нагрузки; б) при втягивании в синхронизм

Свертывая структурную схему (рис.4.32а), получим переда-

точную функцию синхронного двигателя при изменении нагруз-

ки на его валу

со(р) _ I Р(Т

р+\)

МЛр)

г/ Р

+ -Р

* + Т

)Р + \

(4.55)

««

Интегрируя (4.55) получим передаточную функцию для угла

нагрузки

0{р) _ 1

млр) б

г Наиболее тяжелым режимом для синхронного двигателя яв-

гся втягивание в синхронизм. Анализ этого режима может

быть проведен с ис-

пользованием струк-

турной схемы рис.

4.326. Двигатель раз-

гоняется в асинхрон-

ном режиме до

подсинхронной ско-

рости (ицс. Контакт К

на структурной схеме

юс.4.33. Колебания ротора синхронного

питателя при скачкообразном приложе-

нии нагрузки

разомкнут, что соот-

ветствует работе дви-

гателя на механиче-

ской характеристике

й1Нхронного режима (точка и на рис.4.24). При замыкании К на-

мается режим втягивания в синхронизм. Ток возбуждения по-

гнно возрастает, появляется синхронный момент М, велнчи-

<оторого вычисляется по формуле (4.42) с учетом того, что

. Процесс втягивания в синхронизм носит сложный ко-

Йательный характер (рис.4.33) и в значительной степени зави-

от двух параметров величины подсинхронной скорости Юпс

•значения момента инерции на валу двигателя. Проверку усло-

вхождения в синхронизм можно производить, пользуясь

)Мулой Р.А.Лютера

.>гу

(1 -0,0564

IГлава 5. Общие принципы регулирования электропривода

5.1. Обшне положения

Регулируемый электропривод является сегодня основ-

« видом автоматизированного электропривода. Приме-

те регулируемого электропривода в составе технологи-

ях машин и агрегатов обычно связано с одним из

^следующих обстоятельств:

- необходимостью оперативного управления ходом техноло-

гического процесса (электроприводы грузоподъемных кранов,

экскаваторов, реверсивных прокатных станов и других машин).

- необходимостью устанавливать и точно выдерживать тех-

нологический режим (электроприводы станов непрерывной про-

катки, бумагоделательных машин, отделочных агрегатов тек-

стильной промышленности и др.);

- необходимостью корректировки технологического процес-

са (электроприводы питателей, дозаторов и др.);

- автоматическим управлением режимом обработки мате-

риала (электроприводы станков с ЧТТУ и др.);

- стремление оптимизирован, технологический процесс по

затратам электроэнергии (электроприводы насосов, вентилято-

ров, компрессоров).

Приведенный перечень обстоятельств, обуславливающих не-

обходимость или целесообразность применения регулируемою

электропривода, может быть расширен и дополнен.

По мере развития рабочих машин и механизмов, применения

высоких технологий потребность в регулируемых электроприво-

дах существенно возросла, и автоматизированный регулируемый

электропривод составляет энергетическую и кибернетическую (с

точки зрения управления) основу большинства рабочих машин и

агрегатов во всех технологических областях.

Автоматизированный электропривод выполняет две техно-

логические функции:

- преобразование элекгрической энергии в механическую,

необходимую для осуществления данного технологического про-

цесса;

- управление технологическим процессом, причем с опреде-

ленной степенью оптимизации этого процесса по ряду критериев,

таких как: обеспечение максимальной производительности, точ-

ности и качества обработки, минимального расхода энергии и

т.п.; конкретные задачи управления многообразны и определяют-

ся характером технологического процесса.

Вторая функция автоматизированного электропривода все-

цело связана с необходимостью регулирования параметров дви-

жения электропривода (скорости, момента, положения рабочего

органа). Выполнение этой функции возможно только посредст-

вом использования регулируемого электропривода. Использова-

ние для целей регулирования механических или гидравлических

средств (вариаторы, коробки передач, гидромуфты н др.) сегодня

является технически и экономически неоправданным