.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ТИРИСТОРНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ

Программа Работы

Контрольные вопросы

Литература

Лабораторная работа №2.

Введение

Целью работы является исследование характеристик асинхронно­го двигателя с фазным ротором при изменении напряжения посредст­вом тиристорного регулятора.

Предварительные сведения:

Изменение напряжения асинхронного двигателя приводит к изме­нению критического момента, тогда как критическое скольжение ос­тается постоянным. Эти следует из известных зависимостей:

;                                                                         (1)

.                                                                                          (2)

Здесь  и  соответственно активные сопротивления статора и приведенное сопротивление ротора;  и  индуктивные сопротив­ления статора и приведенное сопротивление ротора.

Отсюда следует, что максимальный момент при уменьшении нап­ряжения снижается пропорционально квадрату напряжения

  ,

где ,  - моменты, развиваемые двигателем при пониженном  и номинальном  напряжениях.

Из выражений (I) и (2) следует, что скольжение не зависит' от напряжения и остается неизменным. Также не изменяется и синх­ронная угловая скорость , которая зависит только от частоты питающего напряжения и числа пар полюсов двигателя .

Рис.1                                                                     Рис.2

По мере снижения напряжения статора угловая частота ротора при постоянном моменте сопротивления уменьшается. Однако при этом снижается и максимальный момент двигателя, поэтому при пос­тоянном моменте нагрузки диапазон регулирования скорости ограни­чен. 8 двигателях с повышенный активным сопротивлением ротора диапазон регулирования расширяется (рис. I), однако потери в роторе при этом растут и КПД двигателя снижается, особенно при по­ниженных частотах вращения. Ухудшение режима работы двигателя объясняется тем, что при заданном скольжении ток двигателя про­порционален напряжению питания, а электромагнитный момент зави­сит от квадрата этого напряжения. Поэтому по мере снижения ско­рости отношение момента к току падает и для получения сравните­льно небольших моментов при низких скоростях требуются значите­льные токи. Однако при вентиляторном характере нагрузки момент изменяется примерно пропорционально квадрату угловой скорости. Следовательно, момент, требующийся при пуске и небольших угловых скоростях, мал и может быть получен без чрезмерного выделения тепла регулированием напряжения (рис. 2).

Приведенные сведения лежат в основе фазового регулирования. Для его осуществления между выводами статора и фазами сети вклю­чаются тиристорные регуляторы (рис. 3). Регулируя интервалы про­водимости тиристоров в этой схеме, можно изменять действующее значение приложенного к двигателю напряжения от нуля до номи­нального.

                                 Рис.3

Рассмотрим принцип фазового регулирования на примере схемы однофазного однополупериодного выпрямления (рис. 4а). До тех пор, пока тиристор не будет открыт, протекание тока в обоих направле­ниях блокируется. Если управляющий импульс  подается в тече­ние положительной полуволны анодного напряжения (рис.46 в), то тиристор мгновенно отпирается и к нагрузке прикладывается напря­жение питания  в течение оставшейся части положительного полу­периода (рис. 4г). При чисто активной нагрузке формы кривых тока и напряжения  совпадают, поэтому в конце положительного полупериода ток тиристора уменьшается до нуля, а напряжение пи­тания изменяет свой знак. При индуктивном характере нагрузки после открывания тиристора ток нарастает постепенно (рис. 4д) вместе с тем спадающий индуктивный ток удерживает тиристор в про­водящем состоянии при . Затем под действием отрицате­льного напряжения источника ток уменьшается до нуля, тиристор запирается, и к нему прикладывается обратное напряжение до конца отрицательного полупериода.

                                                             Рис.4

Если схему однополупериодного выпрямления дополнить тиристо­ром, как это показано на рис.5, то обеспечивается возможность регулирования напряжения переменного тока. В этой схеме тиристоры включены встречно-параллельно и открываются в одни и те же моменты времени по отношению к соответствующим анодным напряже­ниям, поэтому к нагрузке прикладывается симметричное напряжение. На рис.5в показаны формы кривых напряжения и тока для чисто ак­тивной нагрузки. При наличии индуктивностей, так же как и в пре­дыдущем случае, протекание тока поддерживается индуктированной ЭДС в течение некоторого промежутка  времени после изменения по­лярности напряжения источника. Длительность этого промежутка оп­ределяется коэффициентом мощности нагрузки. При этом возможны два режима работы. Обозначим через  фазовый угол активно-ин­дуктивной нагрузки, - угол открывания тиристоров. Для перво­го режима ; при этом напряжение и ток нагрузки будут сину­соидальными, т.к. сигнал управления на вступающий в работу тирис­тор подается до того» как произойдет естественное изменение  по­лярности тока.  Если , то ток становится прерывистым и им­пульсы тока имеют несинусоидальную форму. С увеличением  ампли­туда импульсов тока уменьшается, а при  ток становится рав­ным нулю. Точное математическое выражение для тока получаем обыч­ным образом путем решения дифференциального уравнения для цепи с активно-индуктивной нагрузкой и подстановки соответствующих гра­ничных условий.

Рис.5

Схема с двумя встречно-параллельно включенными тиристорами является основной. Она используется при работе тиристорного регу­лятора, приведенного на рис.3. Для получения симметричной систе­мы напряжений управляющие импульсы каждой группы тиристоров долж­ны быть сдвинуты между собой на 120°.

Устройства для регулирования напряжения статора значительно проще и дешевле описанных в лабораторной работе №1 преобразова­телей частоты. Однако КПД асинхронных электроприводов с регулято­рами напряжения невысок, поэтому приходится завышать габариты двигателей во избежание превышения их температуры из-за увеличе­ния тока и ухудшения вентиляции. Тиристорные регуляторы напряже­ния широко используются для электроприводов малой мощности и при­водов кранов и лебедок, где большие моменты при низких частотах вращения требуются лишь в течение небольшой части рабочего цикла.