7.3. Управление асинхронными двигателями

Есть различные способы управления асинхронными двигателями:

  • параметрическое управления трехфазными асинхронными двигателями.
  • симметричное частотное управление,
  • несимметричное амплитудно–фазовое управление,

7.3.1. Управление трехфазными асинхронными двигателями

1. Рассмотрим сначала способы управления трехфазными асинхронными двигателями. Первый способ используется для двигателей с фазным ротором. Критическое скольжение Skr определяется активным сопротивлением  ротора Rr. Если Rr изменять, то будет изменяться наклон механической характеристики и соответственно скорость вращения ротора. Рис.78..

Рис.78. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Рис. 78. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Такой способ используется при пуске двигателя под нагрузкой, когда желательно, чтобы пусковой момент был максимальным. Для регулирования он применяется редко, т. к. велики тепловые потери в роторной цепи. Другим способом регулирования скорости является изменение напряжения на статоре, для АД вращающий момент изменяется пропорционально квадрату напряжения. При этом изменение напряжения питания мало влияет на частоту вращения ротора на рабочем участке и диапазон управления напряжением весьма ограничен.

2. Плавное регулирование скорости в широких пределах с сохранением достаточной жесткости характеристик возможно только при частотном управлении.. Изменяя частоту вращения поля ω1, можно изменять частоту вращения ротора ω при этом желательно, чтобы. жесткость характеристики не изменялась. Для этого одновременно с частотой, изменяют напряжение питания Uc так, чтобы их отношение оставалось постоянным Uc/w1=const.

Такое управление называется пропорциональным частотным управлением. Вид механических характеристик при пропорциональном управлении показан на  рис. 79.

Рис.79. Частотное управление асинхронным двигателем

Рис. 79. Частотное управление асинхронным двигателем

При симметричном  частотном управлении требуется специальное устройство преобразователь частоты, формирующий на выходе синусоидальный сигнал с изменяемой частотой w. Поле при этом управлении круговое, амплитуды на обмотках равны. Диапазон частот должен быть ограничен, так как  при низких частотах падает индуктивное сопротивление обмоток и  сильно растет ток, для высоких частот тоже существуют конструктивные и электрические ограничения. Поэтому при частотном управлении на самом деле идет управление по двум параметрам: частоте и амплитуде.

Функциональная схема частотного управления представлена на. на  рис. 80. Она состоит из управляемого выпрямителя УВ, преобразующего напряжение переменного тока частотой 50 Гц в напряжение постоянного тока Uп, величина которого может регулироваться устройством управления УУ. Автономный инвертор АИ преобразует напряжение Uп в трехфазное напряжение изменяемой частоты f1. Управляющее устройство, изменяя частоту f в зависимости от задания ωз, изменяет также и напряжение Uп так, чтобы их отношение оставалось постоянным. Система управления может иметь обратную связь по скорости вращения через тахогенератор ТГ.

Более совершенным, чем пропорциональное управление, является частотно-токовое управление, при котором контролируется, кроме частоты вращения, ток якоря от датчика, что позволяет оставлять постоянным поток при изменении частоты f1 и нагрузки.

Рис.80. Функциональная схема частотного управления асинхронным двигателем

Рис. 80. Функциональная схема частотного управления асинхронным двигателем

7.3.2. Управление двухфазными асинхронными двигателями

В исполнительных приводах малой мощности широко в основном  используются управляемые и неуправляемые  двухфазные асинхронные двигатели. Эти , двигатели имеют две обмотки: одна включается в сеть непосредственно и называется обмоткой возбуждения (главной). На обмотку управления (вспомогательную), сдвинутую на статоре на90o градусов напряжение подается через фазосдвигающий элемент. Ротор всегда короткозамкнутый.

При таком способе управления есть разные варианты: амплитудное, фазовое и амплитудно–фазовое управление. При этих способах. на второй обмотке можно менять амплитуду напряжения, его фазу или оба параметра одновременно. При этом поле превращается из кругового в эллиптическое. При этом наряду с напряжениями и токами прямой последовательности фаз, создающими двигательный режим, возникает напряжение и токи обратной последовательности, вызывающие торможение. Таким образом, меняя степень асимметрии, можно регулировать скорость двигателя. Рис.81.

Рис.81. Конденсаторный и управляемый двухфазные АД

Рис. 81. Конденсаторный и  управляемый двухфазные АД

При Uy=0, получим пульсирующее поле и w=0. Наиболее распространенным способом является конденсаторное управление. Чаще всего используется амплитудное несимметричное управление, когда UB=UC, а Uγ=α·Uc, где α меняется от 0 до 1. Можно получить выражения для вращающего момента при амплитудном управлении, аналогичное уравнению Клосса.

При симметрии напряжений, когда α=1, из этого уравнения получим нормальное уравнение выражение для асинхронной машины Так как в двухфазных двигателях SM>1, то при α=0, т.е. при отключении обмотки управления двигатель тормозится, и останавливается при S=1.

Механические  и регулировочные характеристики асинхронного двигателя. нелинейны. Их заменяют в рабочей области прямыми:

M = b1U-b2w.

Коэффициенты b1 и b2 определяют по паспортным данным АД. В момент пуска М =Мп, w = 0, поэтому

Мп = b1∙Un и b1 = Мн/Un.

Для номинального режима аналогично получим, учитывая , что PN = MN∙wN,

MN = Мп -b2∙ wN  и  b2∙ = (Мп -MN)/wN.

Мы получим уравнение линеаризованной механической  характеристики :

w = (b1/ b2)∙U-M/ b2.

Механические  и регулировочные характеристики асинхронного двигателя показаны на рис. 82.

Рис.82. Механическая и регулировочная характеристики двухфазного АД

Рис. 82. Механическая  и регулировочная характеристики двухфазного АД

После линеаризации асинхронный двигатель  может быть представлен как линейная динамическая система, описываемая следующими уравнениями (bw = b1, bu = b2):

       .

Рассмотрим случай, когда сухое трение отсутствует и есть только скоростное трение, то есть МТ = F∙w. Заменив . и проведя преобразования получим:

.

Отсюда выражение для передаточной функции

, где коэффициент передачи  и электромеханическая постоянная времени

Этой передаточной функции соответствует структурная схема и переходный процесс, представленные на рис. 83.

Рис.83. Структурная схема и переходный процесс АД

Рис. 83. Структурная схема и переходный процесс АД

Технические средства автоматизации и управления


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.