Nara-auto.ru

Автосервис NARA
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулировка электродвигателя с фазным ротором

Регулировка электродвигателя с фазным ротором

Асинхронный электропривод, с фазным ротором

Скорость вращения асинхронного электродвигателя с фазным ротором можно регулировать, изменяя величину сопротивления его роторной цепи. На башенных кранах электродвигателями управляют с помощью магнитных или силовых контроллеров.

Принципиальная схема управления двигателем с помощью магнитного контроллера показана на рис. 91, а. В первом положении командоконтроллера Вперед замыкается контакт В1-1 и включается катушка К1. Контактор К1 включает статор двигателя и тормозной электромагнит в сеть. В цепь ротора двигателя включено полное сопротивление пускорегулирующего реостата и двигатель работает на характеристике со скоростью при заданном моменте сопротивления Мс (рис. 91, б). Во втором положении замыкается контакт В1-3 командоконтроллера и включается контактор КЗ, который закорачивает часть сопротивления реостата. Двигатель работает на характеристике со скоростью пц. В третьем положении контроллера включается контактор К4, который закорачивает обмотку ротора двигателя и двигатель будет работать на естественной характеристике III со скоростью «ш (рис. 91, б).

Принципиальная схема управления двигателем с помощью силового контроллера показана на рис. 91, в. В первом положении при включении Вперед замыкаются контакты В2-1 и В2-3 контроллера, включая в сеть обмотку статора двигателя и тормозной магнит. Двигатель работает на характеристике I (рис. 91, д). Во втором, третьем и четвертом положениях последовательно закорачиваются ступени реостата R (см. рис. 91, г) и двигатель работает соответственно на характеристиках II, III я IV. В пятом положении контроллера пуско-регулирующий реостат R будет полностью закорочен и двигатель будет работать на естественной характеристике со скоростью пу (рис, 91, д).

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Искусственные (реостатные) механические характеристики, получаемые при работе двигателя с включенным добавочным сопротивлением в цепи ротора, имеют больший наклон к оси моментов, т. е. обладают меньшей жесткостью. Чем больше введенное в цепь ротора сопротивление, тем круче идет характеристика, тем меньше ее жесткость и меньше скорость вращения двигателя при одном и том же моменте сопротивления. Следовательно, при постоянной нагрузке на валу скорость вращения двигателя будет возрастать при уменьшении сопротивления в цепи его ротора (при переводе рукоятки управления в последнее положение) и уменьшаться при увеличении сопротивления.

Особенность работы двигателя грузовой лебедки заключается в том, что подвешенный на крюке груз стремится вращать лебедку в направлении спуска. При включении двигателя на подъем его вращающий момент всегда больше момента сопротивления, создаваемого ч грузом, и двигатель вращается в направлении подъема груза. Изменяя величину сопротивления в цепи ротора, можно обеспечить работу двигателя на искусственных и естественной характеристиках (кривые 1П, 2П, ЗП, 4П, 5П на рис. 91, ё) и при достаточно большой нагрузке. Регулировать скорость вращения двигателя. Когда двигатель включен в направлении спуска, то груз не только преодолевает силы трения, но и стремится ускорить вращение двигателя в направлении спуска. Скорость двигателя очень быстро достигает синхронной, после чего Двигатель начинает работать как генератор, преодолевая момент (усилие) груза, т. е. тормозя механизм.

Рис. 91. Управление асинхронными электродвигателями с фазным ротором:
а — принципиальная схема управления с помощью магнитного контроллера, б — механические характеристики двигателя при управлении магнитным контроллером, е — принципиальная схема управления с помощью силового контроллера, г — цепь ротора двигателя при первом, втором, третьем, четвертом и пятом положениях рукоятки силового контроллера, д — механические характеристики двигателя при управлении силовым контроллером, е — механические характеристики двигателя грузовой лебедки при управлении силовым контроллером

Если сопротивление в цепи ротора двигателя полностью закорочено, то скорость опускания груза будет на 5—10% больше синхронной скорости (характеристика 5С и скорость п5с при моменте Мс на рис. 91 е). Увеличением роторного сопротивления уменьшить скорость спуска груза нельзя, наоборот, она будет увеличиваться при включении сопротивления в цепь ротора двигателя.

Из сказанного видно, что скорость вращения грузовой лебедки можно регулировать изменением величины роторного сопротивления двигателя только при подъеме тяжелого груза. При подъеме легкого груза скорость этим способом практически не регулируется. При спуске как пустого крюка, так и всякого груза скорость всегда близка к синхронной или чуть больше ее при закороченном сопротивлении ротора и увеличивается при включении этого сопротивления.

Рис. 92. Торможение электродвигателя противовключением:
а — схема управления, б — механические характеристики двигателя; 1П, 217, ЗП, 417 и 5П — характеристики двигателя при соответствующем положении контроллера, включенного на подъем; 1С, 2С, ЗС, 4С, 5С — характеристики двигателя при соответствующем положении контроллера, включенного на спуск; 1Пр, 2Пр

характеристики двигателя, работающего в режиме противовключения соответственно во втором и первом положениях контроллера; RI — пускорегулирующий реостат, R2 — реостат торможения противовключением

Для получения небольших скоростей спуска на ряде кранов применяется электрическая схема, предусматривающая возможность торможения противовключением (рис. 92, а). Торможение противовключением заключается в том, что при спуске груза двигатель включается на подъем, а в цепь его ротора включается дополнительное сопротивление R2. Введение дополнительного сопротивления, а в первом положении контроллера также отключение одной фазы ротора приводит к тому, что вращающий момент двигателя (включенного на подъем) оказывается меньше момента, создаваемого грузом, в результате чего происходит замедленный спуск груза (характеристика 2Пр и скорость япр2 на рис. 92, б).

Скорость спуска можно регулировать, изменяя контроллером величину сопротивления пускорегулирующего реостата. Так, во втором положении контроллера будут закорочены две ступени реостата, а все три фазы ротора соединятся в звезду и скорость спуска уменьшится (япр1 на рис. 92, б). В третьем положении будет закороченач еще часть сопротивления реостата и т. д.

Для включения в цепь ротора дополнительного реостата исполь-. зуют выключатель В2 с ножным приводом и контактор К1. Если педаль выключателя не нажата, то контактор К1 включен, а его контакты закорачивают дополнительные резисторы и включают в звезду все три фазы ротора. В этом случае работа схемы аналогична рассмотренной выше и двигатель работает на одной из характеристик П при подъеме или С при спуске.

Читайте так же:
Пум 500 регулировка зажигание

Недостатком схемы торможения противовключением является большая зависимость скорости от массы груза и невозможность опускания с малой скоростью относительно легких грузов. При легких грузах вместо спуска возможен подъем.

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора

В статье рассказано о том, как построить трёхфазный (однофазный) генератор 220/380 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока. Трехфазный асинхронный электродвигатель, изобретённый в конце 19-го века русским учёным-электротехником М.О. Доливо-Добровольским, получил в настоящее время преимущественное распространение и в промышленности, и в сельском хозяйстве, а также в быту.

Асинхронные электродвигатели – самые простые и надёжные в эксплуатации. Поэтому во всех случаях, когда это допустимо по условиям электропривода и нет необходимости в компенсации реактивной мощности, следует применять асинхронные электродвигатели переменного тока.

Различают два основных вида асинхронных двигателей: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель состоит из неподвижной части — статора и подвижной части — ротора, вращающегося в подшипниках, укреплённых в двух щитах двигателя. Сердечники статора и ротора набраны из отдельных изолированных один от другого листов электротехнической стали. В пазы сердечника статора уложена обмотка, выполненная из изолированного провода. В пазы сердечника ротора укладывают стержневую обмотку или заливают расплавленный алюминий. Кольца-перемычки накоротко замыкают обмотку ротора по концам (отсюда и название — короткозамкнутый). В отличие от короткозамкнутого ротора, в пазах фазного ротора размещают обмотку, выполненную по типу обмотки статора. Концы обмотки подводят к контактным кольцам, укреплённым на валу. По кольцам скользят щетки, соединяя обмотку с пусковым или регулировочным реостатом.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором являются более дорогостоящими устройствами, требуют квалифицированного обслуживания, менее надёжны, а потому применяются только в тех отраслях производства, в которых без них обойтись нельзя. По этой причине они мало распространены, и мы их в дальнейшем рассматривать не будем.

По обмотке статора, включенной в трехфазную цепь, протекает ток, создающий вращающее магнитное поле. Магнитные силовые линии вращающегося поля статора пересекают стержни обмотки ротора и индуктируют в них электродвижущую силу (ЭДС). Под действием этой ЭДС в замкнутых накоротко стержнях ротора протекает ток. Вокруг стержней возникают магнитные потоки, создающие общее магнитное поле ротора, которое, взаимодействуя с вращающим магнитным полем статора, создает усилие, заставляющее ротор вращаться в направлении вращения магнитного поля статора.

Частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. Этот показатель характеризуется скольжением S и находиться для большинства двигателей в пределах от 2 до 10%.

В промышленных установках наиболее часто используются трёхфазные асинхронные электродвигатели, которые выпускают в виде унифицированных серий. К ним относится единая серия 4А с диапазоном номинальной мощности от 0,06 до 400 кВт, машины которой отличаются большой надёжностью, хорошими эксплуатационными качествами и соответствуют уровню мировых стандартов.

Автономные асинхронные генераторы — трёхфазные машины, преобразующие механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию переменного тока. Их несомненным достоинством перед другими видами генераторов являются отсутствие коллекторно-щеточного механизма и, как следствие этого, большая долговечность и надежность.

Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме

Если отключенный от сети асинхронный двигатель привести во вращение от какого-либо первичного двигателя, то в соответствии с принципом обратимости электрических машин при достижении синхронной частоты вращения, на зажимах статорной обмотки под действием остаточного магнитного поля образуется некоторая ЭДС. Если теперь к зажимам статорной обмотки подключить батарею конденсаторов С, то в обмотках статора потечёт опережающий ёмкостный ток, являющийся в данном случае намагничивающим.

Ёмкость батареи С должна превышать некоторое критическое значение С0, зависящее от параметров автономного асинхронного генератора: только в этом случае происходит самовозбуждение генератора и на обмотках статора устанавливается трёхфазная симметричная система напряжений. Значение напряжения зависит, в конечном счёте, от характеристики машины и ёмкости конденсаторов. Таким образом, асинхронный короткозамкнутый электродвигатель может быть превращен в асинхронный генератор.

Стандартная схема включения асинхронного электродвигателя в качестве генератора.

Можно подобрать емкость так, чтобы номинальное напряжение и мощность асинхронного генератора равнялись соответственно напряжению и мощности при работе его в качестве электродвигателя.

В таблице 1 приведены емкости конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов (U=380 В, 750….1500 об/мин). Здесь реактивная мощность Q определена по формуле:

где С — ёмкость конденсаторов, мкФ.

Мощность генератора,кВ·АХолостой ходПолная нагрузка
ёмкость, мкФреактивная мощность, кварcos = 1cos = 0,8
ёмкость, мкФреактивная мощность, кварёмкость, мкФреактивная мощность, квар
2,0
3,5
5,0
7,0
10,0
15,0
28
45
60
74
92
120
1,27
2,04
2,72
3,36
4,18
5,44
36
56
75
98
130
172
1,63
2,54
3,40
4,44
5,90
7,80
60
100
138
182
245
342
2,72
4,53
6,25
8,25
11,1
15,5

Как видно из приведённых данных, индуктивная нагрузка на асинхронный генератор, понижающая коэффициент мощности, вызывает резкое увеличение потребной ёмкости. Для поддержания напряжения постоянным с увеличением нагрузки необходимо увеличивать и ёмкость конденсаторов, то есть подключать дополнительные конденсаторы. Это обстоятельство необходимо рассматривать как недостаток асинхронного генератора.

Частота вращения асинхронного генератора в нормальном режиме должна превышать асинхронную на величину скольжения S = 2…10%, и соответствовать синхронной частоте. Не выполнение данного условия приведёт к тому, что частота генерируемого напряжения может отличаться от промышленной частоты 50 Гц, что приведёт к неустойчивой работе частото-зависимых потребителей электроэнергии: электронасосов, стиральных машин, устройств с трансформаторным входом.

Особенно опасно снижение генерируемой частоты, так как в этом случае понижается индуктивное сопротивление обмоток электродвигателей, трансформаторов, что может стать причиной их повышенного нагрева и преждевременного выхода из строя.

Читайте так же:
Регулировка карбюратора квадроцикла 250

В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок. Мощность электродвигателя-генератора определяется мощностью подключаемых устройств. Наиболее энергоёмкими из них являются:

  • бытовые сварочные трансформаторы;
  • электропилы, электрофуганки, зернодробилки (мощность 0,3…3 кВт);
  • электропечи типа "Россиянка", "Мечта" мощностью до 2 кВт;
  • электроутюги (мощность 850…1000 Вт).

Особо хочу остановиться на эксплуатации бытовых сварочных трансформаторов. Их подключение к автономному источнику электроэнергии наиболее желательно, т.к. при работе от промышленной сети они создают целый ряд неудобств для других потребителей электроэнергии.

Если бытовой сварочный трансформатор рассчитан на работу с электродами диаметром 2…3 мм, то его полная мощность составляет примерно 4…6 кВт, мощность асинхронного генератора для его питания должна быть в пределах 5…7 кВт. Если бытовой сварочный трансформатор допускает работу с электродами диаметром 4 мм, то в самом тяжелом режиме — "резки" металла, потребляемая им полная мощность может достигать 10…12 кВт, соответственно мощность асинхронного генератора должна находиться в пределах 11…13 кВт.

В качестве трёхфазной батареи конденсаторов хорошо использовать так называемые ком-пенсаторы реактивной мощности, предназначенные для улучшения соsφ в промышленных осветительных сетях. Их типовое обозначение: КМ1-0,22-4,5-3У3 или КМ2-0,22-9-3У3, которое расшифровывается следующим образом. КМ — косинусные конденсаторы с пропиткой минеральным маслом, первая цифра-габарит (1 или 2), затем напряжение (0,22 кВ), мощность (4,5 или 9 квар), затем цифра 3 или 2 означает трёхфазное или однофазное исполнение, У3 (умеренный климат третьей категории).

В случае самостоятельного изготовления батареи, следует использовать конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГТ, К-42-4 и др. на рабочее напряжение не менее 600 В. Электролитические конденсаторы применять нельзя.

Рассмотренный выше вариант подключения трёхфазного электродвигателя в качестве генератора можно считать классическим, но не единственным. Существуют и другие способы, которые так же хорошо зарекомендовали себя на практике. Например, когда батарея конденсаторов подключается к одной или двум обмоткам электродвигателя-генератора.

Двухфазный режим асинхронного генератора.

Рис.2 Двухфазный режим асинхронного генератора.

Такую схему следует использовать тогда, когда нет необходимости в получении трёхфазного напряжения. Этот вариант включения уменьшает рабочую ёмкость конденсаторов, снижает нагрузку на первичный механический двигатель в режиме холостого хода и т.о. экономит "драгоценное" топливо.

В качестве маломощных генераторов, вырабатывающих переменное однофазное напряжение 220 В, можно использовать однофазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели бытового назначения: от стиральных машин типа "Ока", "Волга", поливальных насосов "Агидель", "БЦН" и пр. У них конденсаторная батарея может подключаться параллельно рабочей обмотке, либо использовать уже имеющийся фазосдвигающий конденсатор, подключенный к пусковой обмотке. Емкость этого конденсатора, возможно, следует несколько увеличить. Его величина будет определяться характером нагрузки, подключаемой к генератору: для активной нагрузки (электропечи, лампочки освещения, электропаяльники) требуется небольшая емкость, индуктивной (электродвигатели, телевизоры, холодильники) — больше.

Рис.3 Маломощный генератор из однофазного асинхронного двигателя.

Теперь несколько слов о первичном механическом двигателе, который будет приводить во вращение генератор. Как известно, любое преобразование энергии связано с её неизбежными потерями. Их величина определяется КПД устройства. Поэтому мощность механического двигателя должна превышать мощность асинхронного генератора на 50…100%. Например, при мощности асинхронного генератора 5 кВт, мощность механического двигателя должна быть 7,5…10 кВт. С помощью передаточного механизма добиваются согласования оборотов механического двигателя и генератора так, чтобы рабочий режим генератора устанавливался на средних оборотах механического двигателя. При необходимости, можно кратковременно увеличить мощность генератора, повышая обороты механического двигателя.

Каждая автономная электростанция должна содержать необходимый минимум навесного оборудования: вольтметр переменного тока (со шкалой до 500 В), частотомер (желательно) и три выключателя. Один выключатель подключает нагрузку к генератору, два других — коммутируют цепь возбуждения. Наличие выключателей в цепи возбуждения облегчает запуск механического двигателя, а также позволяет быстро снизить температуру обмоток генератора, после окончания работы – ротор невозбужденного генератора еще некоторое время вращают от механического двигателя. Эта процедура продлевает активный срок службы обмоток генератора.

Если с помощью генератора предполагается запитывать оборудование, которое в обычном режиме подключается к сети переменного тока (например, освещение жилого дома, бытовые электроприборы), то необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в период работы генератора будет отключать данное оборудование от промышленной сети. Отключать надо оба провода: "фазу" и "ноль".

В заключение несколько общих советов.

1. Генератор переменного тока является устройством повышенной опасности. Применяйте напряжение 380 В только в случае крайней необходимости, во всех остальных случаях пользуйтесь напряжением 220 В.

2. По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

3. Обратите внимание на тепловой режим генератора. Он "не любит" холостого хода. Снизить тепловую нагрузку можно более тщательным подбором емкости возбуждающих конденсаторов.

4. Не ошибитесь с мощностью электрического тока, вырабатываемого генератором. Если при работе трёхфазного генератора используется одна фаза, то её мощность будет составлять 1/3 общей мощности генератора, если две фазы — 2/3 общей мощности генератора.

5. Частоту переменного тока, вырабатываемого генератором, можно косвенно контролировать по выходному напряжению, которое в режиме "холостого хода" должно на 4…6 % превышать промышленное значение 220/380 В.

Транзисторные преобразователи частоты серии «ЭРАТОН-ФР»

Преобразователи частоты серии «ЭРАТОН-ФР» предназначены для плавного пуска и регулирования скорости механизмов, приводимых в движение высоковольтными асинхронными электродвигателями с фазным ротором, за счет частотного регулирования по цепи ротора. Мощность электродвигателей, к которым могут подключаться преобразователи частоты типа «ЭРАТОН-ФР» от 200 до 5000 кВт.

Особенности и преимущества «ЭРАТОН-ФР»
Структура силовых цепей

Преобразователи частоты типа «ЭРАТОН-ФР» устанавливаются между цепью ротора асинхронного электродвигателя и цепью статора (питающей сетью), как показано на рисунке. Силовая схема преобразователя содержит два трехфазных транзисторных инвертора напряжения: роторный инвертор и сетевой инвертор. Цепи постоянного тока роторного и сетевого инверторов соединены и подключены к общему накопительному конденсатору С. Цепь переменного тока роторного инвертора соединена с цепью ротора электродвигателя, а сетевого инвертора — с цепью статора (непосредственно или через согласующий трансформатор). Такая структура силовых цепей преобразователя позволяет передавать активную мощность из цепи статора в цепь ротора и обратно, что обеспечивает двигательный и генераторный (рекуперативного торможения) режимы работы АДФР и существенную экономию электроэнергии. Для включения электропривода в работу включается контактор ВЯ и подается напряжение на статор АДФР и на сетевой инвертор преобразователя. После заряда конденсатора С включается роторный инвертор и формирует трехфазное напряжение с частотой 50 Гц, которое совпадает по амплитуде и фазе с напряжением холостого хода ротора. Электропривод готов к работе.

Читайте так же:
Способ регулировки подачи насоса
Регулирование момента и скорости электродвигателя с фазным ротором

Роторный транзисторный преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» позволяет регулировать с высокой точностью величину и знак момента электродвигателя с фазным ротором при нулевой и малой скорости без датчика положения вала. Это свойство обеспечивает огромное преимущество данного электропривода в подъемно-транспортных механизмах, например, при использовании в шахтных подъемных машинах.

Для создания положительного момента на валу электродвигателя, преодолевающего пассивное сопротивление механизма, плавно уменьшают противо-ЭДС роторного инвертора без изменения частоты. Ток ротора и момент АДФР плавно нарастают без ударов в механических передачах. Активная мощность, создающая момент электродвигателя, передается из статора через зазор в ротор и возвращается в статор АДФР через ПЧ «ЭРАТОН-ФР». При этом из сети потребляется только активная мощность потерь в двигателе, преобразователе и трансформаторе. После нарастания момента АДФР выше пассивного момента сопротивления механизма вал электродвигателя может разгоняться, для чего необходимо снижать частоту и амплитуду ЭДС роторного инвертора. Эту функцию выполняет цифровая микропроцессорная система управления, реализующая векторное управление моментом и скоростью АДФР без датчика положения вала электродвигателя.

При нулевой скорости вала для создания отрицательного момента на валу электродвигателя, удерживающего вал в неподвижном состоянии при положительном активном моменте механизма, стремящемся вращать вал электродвигателя, необходимо увеличить ЭДС роторного инвертора без изменения частоты и фазы. При этом ток и момент электродвигателя возрастут до величины активного момента механизма и удержат вал АДФР в неподвижном состоянии. В этом режиме активная мощность, создающая момент АДФР, циркулирует в контуре: преобразователь «ЭРАТОН-ФР», ротор, зазор, статор, а из сети потребляется только мощность потерь в элементах электропривода. Для начала вращения вала под действием активного момента механизма и момента АДФР, система управления уменьшает амплитуду и частоту ЭДС роторного инвертора, что приводит к возрастанию скорости вала электродвигателя.

За счет плавного нарастания момента АДФР при нулевой и малой скорости вала электроприводы с преобразователями частоты серии «ЭРАТОН-ФР» позволяют значительно повысить сроки службы элементов механического оборудования и уменьшить простои, связанные с их выходом из строя благодаря плавному выбору люфтов, зазоров и «преднатяжению» элементов передачи с программируемым темпом в процессе запуска («линейная заводка» или S-характеристика), а также программной стабилизации пускового момента. Эти особенности обуславливают преимущества использования «ЭРАТОН-ФР» в электроприводах механизмов с большими приведенными маховыми массами (печи, конвейеры, мельницы, дробилки и т.п.) и в других механизмах с тяжелыми условиями эксплуатации, например, в шахтных подъемных машинах.

Диапазон регулирования скорости

В преобразователях частоты «ЭРАТОН-ФР» реализован алгоритм векторного управления без датчика положения вала электродвигателя, который обеспечивает регулирование скорости вращения с постоянством момента от нуля до скорости, равной 95% синхронной скорости АДФР. Поскольку минимальная скорость с управляемым моментом равна нулю, то диапазон регулирования скорости бесконечен и обеспечивается без датчика положения вала электродвигателя. Задание и контроль скорости может осуществляться с пульта дистанционного управления.

Рекуперативное торможение электропривода

Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает режим рекуперативного торможения электродвигателя с фазным ротором с возвратом энергии с вращающегося вала в питающую сеть за счет изменения направления потока мощности в цепи ротора. Момент АДФР в режиме рекуперативного торможения ограничен только допустимыми параметрами электродвигателя и мощностью преобразователя частоты и может достигать предельных значений, что обеспечивает минимальное время торможение вала. Рекуперация энергии с вала электродвигателя в сеть в режиме торможения обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии.

Экономия потребляемой активной мощности

При регулировании скорости мощность скольжения ротора асинхронного электродвигателя через преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» возвращается в цепь статора и не потребляется и питающей сети. За счет этого из питающей сети потребляется только мощность, отдаваемая на вал электродвигателя и относительно небольшая мощность потерь в элементах электропривода, что обеспечивает значительную экономию электроэнергии при пуске и регулировании скорости асинхронных электродвигателей с фазным ротором.

Электромагнитная совместимость

Электромагнитная совместимость преобразователя «ЭРАТОН-ФР» с электродвигателем при длинной кабельной линии обеспечивается установкой RLC-фильтра между роторным инвертором и ротором электродвигателя. Электромагнитная совместимость «ЭРАТОН-ФР» с питающей сетью обеспечивается установкой «синусного» LC-фильтра между сетевым инвертором и сетью (согласующим трансформатором), а также за счет алгоритма синусоидальной широтно-импульсной модуляции, что обеспечивает синусоидальную форму тока в питающей сети и высокий коэффициент мощности.

Компенсация реактивной мощности

Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» может работать в режиме компенсатора реактивной мощности. При повышении скорости электродвигателя с фазным ротором мощность скольжения ротора уменьшается, что приводит к уменьшению загрузки сетевого инвертора активной мощностью, возвращаемой в питающую сеть из цепи ротора. Возникающий при этом избыток установленной мощности сетевого инвертора может быть использован для компенсации реактивной мощности в сети.

Высокая перегрузочная способность

В динамических режимах электропривод с преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР» может развивать высокий момент на валу электродвигателя (до 200% номинального) как в двигательном режиме, так и в режиме рекуперативного торможения.

Реверсивное подключение

Для изменения направления вращения вала электродвигателя с фазным ротором необходимо выполнить реверс фаз питания статора электродвигателя электродвигателя с помощью высоковольтного реверсора. В преобразователях частоты «ЭРАТОН-ФР» реализованы функции управления реверсивным подключением статора к высоковольтной сети и управления механическим тормозом (через дискретные выходы). Это позволяет использовать «ЭРАТОН-ФР» в электроприводах подъемно-транспортных механизмов, например, в шахтных подъемных машинах

Читайте так же:
Скутер регулировка карбюратор 139qmb
Многодвигательный режим

Преобразователи частоты «ЭРАТОН-ФР» могут использоваться как в одно-, так и в многодвигательных электроприводах. Для многодвигательного электропривода в «ЭРАТОН-ФР» реализована функция выравнивания загрузки двигателей по току и моменту на этапе запуска электропривода и при работе в установившемся режиме.

Резервирование

При модернизации действующих электроприводов с электродвигателями с фазным ротором пусковая резисторно-контакторная станция может быть сохранена в качестве резервной. Во время работы инвертора «ЭРАТОН-ФР» пусковая станция отключается контактором. При этом, пусковая станция резервируется в рабочем состоянии и может быть включена в любой момент времени для пуска и регулирования скорости электродвигателя. Такая возможность повышает надежность системы электропривода в целом.

Разрешительные документы

Имеется разрешение № РРС 00-38883 федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на применение преобразователей частоты «ЭРАТОН-ФР» на опасных производственных объектах

«ЭРАТОН-ФР» или преобразователь частоты в статоре?

Основное преимущество электропривода с роторным транзисторным преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР» и асинхронным электродвигателем с фазным ротором по сравнению с электроприводом на базе высоковольтного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и высоковольтным статорным многоуровневым преобразователем частоты наиболее полно проявляется в электроприводах подъемно-транспортных механизмов с необходимостью рекуперативного торможения электродвигателя и необходимостью обеспечения высокой управляемости моментом при нулевой и малой скорости вала электродвигателя. Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает высокую точность управления моментом и скоростью электродвигателя во всем диапазоне скоростей от нуля до 95% синхронной скорости АДФР без датчика положения вала, что невозможно обеспечить в электроприводе с короткозамкнутым асинхронным электродвигателем.

По сравнению с преобразователем частоты в статоре высоковольтного электродвигателя «ЭРАТОН-ФР» имеет меньшую стоимость за счет меньшего напряжения ротора, а также за счет возможности использования согласующего трансформатора меньшей мощности и стоимости. Относительно небольшая стоимость «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает меньший срок окупаемости затрат на приобретение электропривода. При этом, «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает экономию электроэнергии как за счет возврата мощности скольжения ротора в питающую сеть так и за счет рекуперативного торможения электропривода.

Варианты исполнения

Преобразователи «ЭРАТОН-ФР» изготавливаются по требованиям заказчика с учетом особенностей объекта. В каждом случае специалисты нашей организации подберут оптимальную комплектацию. Преобразователь «ЭРАТОН-ФР» может быть выполнен с сухими либо масляными согласующими трансформаторами; для установки в отапливаемом помещении (климатическое исполнение УХЛ3.1, степень защиты IP21) либо для наружной установки (климатическое исполнение У2, степень защиты IP54); с датчиком скорости (положения) либо без датчика скорости (положения). Величина перегрузки по моменту оговаривается при заказе электропривода.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Надёжность электродвигателя это одно из важнейших качеств его. Обычно она связана с простотой конструкции. Чем проще конструкция, тем надёжнее движок. Эта зависимость подтверждается асинхронными электродвигателями. Они получили самое широкое распространение из всех электродвигателей именно по причине простоты устройства и надёжности. В них реализован самый простой способ получения крутящего момента на валу движка. Максимум магнитного поля статора перемещается вокруг вала, вызывая его ответную реакцию.

Причины появления фазного ротора в асинхронном двигателе

Реакция ротора вызвана током, который возникает в нём. Ведь по своей сути статор является первичной обмоткой трансформатора. А ротор – его вторичная обмотка. При неподвижном роторе величина тока в нём максимальна. Это объясняется тем, что скорость перемещения максимума магнитного поля статора относительно вала получается максимальной. Такой режим асинхронного движка аналогичен включению трансформатора с вторичной обмоткой замкнутой накоротко.

А поскольку обмотки взаимосвязаны магнитопроводом, который в асинхронном двигателе разделён на железо вращающейся части его и сердечник статора, в обмотке статора тоже получается максимум величины тока. Если мощность электросети недостаточна для того, чтобы при пуске асинхронных движков поддержать напряжение в пределах необходимого значения, применяются меры по уменьшению пускового тока этих двигателей. Это делается либо при помощи специальных схем, которые позволяют регулировать токи в обмотках статора, либо использованием асинхронных движков специальной конструкции – с фазным ротором.

Как устроен фазный ротор?

Фазный ротор содержит обмотки в виде катушек с витками. Эти катушки соединены по схеме «звезда». Конец каждой обмотки соединён с ответствующим кольцом. При подаче напряжения на статор на каждом кольце появляется напряжение. В скользящем контакте с кольцом находится щётка, которая даёт возможность подключения внешних элементов. Эти элементы являются частью схемы управления. Она получается более простой, по сравнению с теми схемами, которыми движок управляется со стороны статора. Чаще всего схема управления содержит набор резисторов.

Они подключаются по мере разгона вала. Хотя такой способ управления пуском асинхронного двигателя не самый экономичный, он наиболее часто применяется на практике в силу своей простоты и минимума коммутационных помех. Ограничение тока ротора это не только возможность плавного запуска двигателя, но и ограничение скорости вращения вала. Но тогда более рациональным решением будет использование индуктивностей вместо резисторов. Иллюстрации, показывающие особенности конструкции асинхронного движка с фазным ротором показаны далее.

Фазный ротор асинхронного двигателя

При автоматическом управлении лучше всего применять реле или полупроводниковые коммутаторы, которые параллельно стартовому резистору подключают новые резисторы, постепенно уменьшая их суммарное сопротивление до нуля с шунтированием всех резисторов последним коммутатором или контактами реле. Для наиболее плавного пуска необходимо использовать реостат 1, который на схеме слева включён в электрической цепи ротора и своими ползунками 5 соединён с кольцами 2 через клеммы щёток 3. Движок начинает работать после замыкания контактов рубильника 4. При этом ползунки реостата должны быть установлены в положение «Пуск».

Схема асинхронного двигателя с фазным ротором

В этом положении сопротивлении реостата максимально. Вал движка начинает вращаться. Перемещение ползунка будет приводить к разгону вала до максимальной скорости, которая появится при нулевом значении сопротивлении реостата. Однако есть ещё одно следствие такой регулировки двигателя с фазным ротором. Меняется связь крутящего момента и скольжения. Этот эффект показан на графике ниже. При определённой величине сопротивления в цепи ротора максимум крутящего момента смещается в сторону более высоких оборотов движка, как на кривой 2. Кривая 1 соответствует нулевому значению сопротивления в цепи фазного ротора.

Читайте так же:
Как отрегулировать коробку передач на таврии

Механическая характеристика асинхронного двигателя с фазным ротором

При нулевом сопротивлении кольца, по сути, замкнуты накоротко. Щётки и кольца из-за трения изнашиваются. А поскольку после завершения разгона вала этот узел фактически не используется его целесообразно исключить из процесса работы. По этой причине асинхронный двигатель с фазным ротором предусматривает специальный механизм. Он отодвигает щётки от колец и одновременно замыкает последние накоротко. В результате кольца и щётки работают намного дольше по сравнению с тем вариантом, который предусматривает их непрерывный контакт.

Простота и надёжность асинхронных двигателей основана на конструкции ротора. Но именно это обстоятельство и создаёт проблемы с их эксплуатацией. Большие пусковые токи в некоторых случаях неприемлемы настолько, что оправдывается более сложная и дорогостоящая намоточная конструкция ротора с кольцами и щётками. Тогда и применяют асинхронный двигатель с фазным ротором. Но более сложная конструкция и цена их в сравнении с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором оправдывается также и тем, что они позволяют получить величину крутящего момента в рабочем режиме при меньших габаритах и массе. Поэтому эти особенности делают асинхронные двигатели с фазным ротором в ряде случаев наиболее предпочтительными.

Регулировка электродвигателя с фазным ротором

В регулируемом приводе питание асинхронного электродвигателя с фазным ротором осуществляют двумя способами: питают статорные обмотки электродвигателя от одного, а роторные от другого источника регулируемой частоты; питают обе обмотки от одного источника регулируемой частоты. При этом в качестве источников регулируемой частоты могут применяться как источники тока, так и напряжения.

Приводы на основе асинхронного электродвигателя с фазным ротором называют приводами двойного питания. Рассмотрим в качестве примеров два вида приводов двойного питания.

Привод с питанием от источника напряжения и источника тока.

В таком приводе чаще всего питают обмотки статора (ротора) электродвигателя от источника напряжения нерегулируемой частоты, в качестве которого используют промышленную сеть частоты 50 Гц. Обмотки ротора (статора) питают от источника тока регулируемой частоты. Привод применяют в системах, где требуется изменение скорости в небольших пределах около синхронной, определяемой частотой промышленной сети.

Рис. IV.9. Привод двойного питания с частотно-токовым управлением с двумя источниками питания

При этом мощность на валу привода образуется в основном за счет мощности, потребляемой из сети.

На рис. IV.9 показана функциональная схема привода, в котором статорные обмотки электродвигателя ЭДв питаются от преобразователя энергии а к промышленной сети подключены обмотки ротора, которые питаются напряжениями:

Обмотки ротора подключены к сети таким образом, что направление вращения вектора намагничивающей силы, создаваемой напряжениями

сети, относительно ротора оказывается противоположным направлению его вращения. Следовательно, вектор намагничивающей силы ротора будет вращаться относительно статора с угловой скоростью

Схема привода двойного питания (рис. IV.9) имеет много общего со схемой асинхронного привода. Отличие заключается в том, что в ФП вращение ротора ДДУ осуществляется от вспомогательного синхронного электродвигателя (СД) с постоянной скоростью в сторону, противоположную направлению вращения вала ЭДв. Выражения для токов, питающих статорные обмотки ЭДв, получим из выражений (IV.18), заменив в них на

Формирование тока электродвигателя с использованием сигнала дает возможность в приводе двойного питания (рис. IV.9) регулировать потребление реактивной мощности из промышленной сети. Показать это можно следующим образом.

Будем считать, что вектор потока электродвигателя ЭДв однозначно определяется вектором напряжения промышленной сети. Это справедливо при предположении, что активные сопротивления и индуктивные сопротивления рассеяния роторных обмоток отсутствуют. Это допущение оказывается возможным ввиду того, что падения напряжений на указанных сопротивлениях составляют незначительную долю от напряжений питающей сети. С учетом этого производится начальная взаимная установка ЭДв и ДУ.

В приводе, показанном на рис. IV.9, ДУ настроен таким образом, что независимо от скорости сигнал создает составляющий вектор намагничивающей силы статора, который параллелен вектору потока. Соответственно сигнал создает составляющий вектор намагничивающей силы статора, который направлен перпендикулярно к вектору потока. При такой установке ДУ изменением сигнала можно добиться потребления из сети, например, емкостного или чисто активного тока. Если вопросы потребления реактивной мощности из промышленной сети играют второстепенную роль, то можно упростить схему привода, исключив канал управления сигнала При реактивный ток, необходимый для намагничивания электродвигателя, потребляется со стороны ротора из промышленной сети.

С учетом того, что асинхронный электродвигатель с фазным ротором можно рассматривать как синхронный с неявновыраженными полюсами и с компенсационной обмоткой, для момента на валу привода при оказываются справедливыми выражения (IV.22).

На рис. IV. 10 показаны экспериментальные механические характеристики привода, изображенного на рис. IV.9. Они напоминают

характеристики синхронного привода, если принять во внимание то, что последние смещены по оси частот на величину синхронной частоты определяемой скоростью Рабочая область (область мягких характеристик) ограничивается значениями верхней и нижней критических частот

Отметим, что привод двойного питания, изображенный на рис. IV.9, может быть применен для решения задачи работы синхронного генератора, приводимого во вращение с непостоянной скоростью автономным источником механической энергии, на общую промышленную сеть со стабильной частотой. В этом случае асинхронный электродвигатель, включенный по схеме рис. IV.9 и вращаемый от постороннего электродвигателя, используется в качестве синхронного генератора. Поступление электрической энергии в сеть регулируется сигналами

Рис. IV. 10. Механические характеристики привода двойного питания с двумя источниками питания

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector