бательный характер со значительными амплитудами на начальном участке переходного процесса. ,
Исследования показывают, что переходные процессы, обусловленные подключением двигателя к сети, практиче ски полностью затухают до скорости, соответствующей'критическому скольжению статической механической харак теристики. На этом этапе переходного процесса динами ческие характеристики двигателя близки к статическим. При. дальнейшем увеличении скорости двигателя электро магнитные переходные процессы проявляются следующим
ш
Рис. 9-22. Статическая п ди Рис. 9-23. Графики момента и намическая механические ха угловой скорости асинхронного рактеристики асинхронного двигателя при его пуске вхоло двигателя. стую, рассчитанные без учета (а) и полученные с учетом (б) электро магнитных переходных процессов.
образом. При скольжении двигателя, меньшем критиче ского, токи в обмотках машины, определяемые но статиче ской скоростной характеристике, приведенной на рис. 9-24, резко меняются по величине с изменением скорости. Од нако вследствие влияния индуктивности обмоток машины токи ротора не успевают измениться в соответствии с ука занной характеристикой. Очевидно, чем жестче рабочий участок статической механической характеристики и чем меньше приведенный момент инерции, тем в большей сте пени изменение токов будет отставать от изменения ско рости. В результате влияния этих факторов при синхрон ной скорости в процессе пуска двигателя вхолостую токи могут быть не равны нулю, поэтому соответственно его момент не равен нулю и ротор разгоняется до скорости, превышающей синхронную. Далее токи ротора уменьша ются, равно как и момент, развиваемый двигателем, а зна
чит, уменьшается скорость и т. д. Поэтому в конце пере ходного процесса изменение скорости и момента двигателя
|
|
имеет затухающий |
колебатель |
|
|
ный характер. Чем |
мягче ра |
|
|
бочий участок статической меха |
|
|
нической характеристики и чем |
|
|
больше момент инерции ротора, |
|
|
тем меньше амплитуда этих ко |
|
|
лебаний и тем быстрее оии за- - |
|
|
тухают. Практически указан |
|
|
ные колебания в конце переход |
|
|
ного процесса возникают далеко |
Рис. 9-24. Статическая ско |
не всегда. |
|
ростная |
характеристика |
Значительный интерес вызы |
асинхронного двигателя. |
вает анализ влияния парамет |
|
|
ров обмоток, напряжения сети, |
момента инерции, статического момента и других факто ров на характер переходных процессов.
На рис. 9-25, а, приведены графики изменения мо мента и скорости асинхронного двигателя при его пуске
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вхолостую. |
Рассмотрим, |
|
|
|
|
|
|
как изменятся эти графи |
|
|
|
|
|
|
ки, если |
пуск будет осу |
|
|
|
|
|
|
ществляться при наличии |
|
|
|
|
|
|
на валу двигателя допол |
|
|
|
|
|
|
нительных масс. При ука |
|
|
|
|
|
|
занных |
условиях |
двига |
|
|
|
|
|
|
тель |
разгоняется |
медлен |
|
|
|
|
|
|
нее. Следовательно, он |
|
|
|
|
|
|
дольше |
работает |
в |
зоне |
|
|
|
|
|
|
низких скоростей, где ко |
|
|
|
|
|
|
эффициент |
затухания а х |
|
|
|
|
|
|
имеет |
относительно |
не |
|
|
|
|
|
|
большие значения,что при |
|
|
|
|
|
|
водит к затягиванию элек |
Рпс. 9-25. Графики момента и |
тромагнитных переходных |
процессов. Криваямомента |
скорости при пуске асинхронного |
двигателя |
мощностью |
28 |
кВт. |
двигателя в начале про |
а — Mq = 0 ц J ^ |
в |
J да» б — Мс = О |
цесса |
содержит |
большое |
и J = 2J дВ; |
Mq = 0,5 |
Mq H |
число пиков, близких к |
|
н |
= |
JflB- |
|
|
первому |
|
максимальному |
процесса |
колебания |
момента |
пику |
момента, а |
в |
конце |
при скорости, близкой к синхронной, ослабляются, так как при медленном изменении скорости в области кри-
тического скольжения переходные токи меньше отли чаются от своих установившихся значений, чем при более быстром изменении скорости. Приведенные на рис. 9-25, б зависимости подтверждают эти положения. При пуске двигателя под нагрузкой характер изменения скорости и момента примерно такой же, как и при пуске с дополнительными массами (рис. 9-25, в). Важно отме тить, что изменения момента инерции и статического мо мента приводят не только к изменению длительности пере ходных процессов, но и к изменению длительности дей
ствия свободных |
токов и |
|
соответствующих |
им сво |
|
бодных моментов. |
влияние |
|
Значительное |
|
|
на переходные |
процессы |
|
асинхронного |
двигателя |
|
оказывает незатухшее маг |
|
нитное поле. Для поясне |
|
ния этого вопроса рассмот |
|
рим процесс реверса дви |
|
гателя, который практи |
Рис. 9-26. Графики момента н |
чески осуществляется сле |
дующим образом: |
вначале |
скорости при реверсе асинхрон |
ного двигателя мощностью 14 кВт |
работающий двигатель от |
с затухшим (а) и незатухшим (б) |
ключается от |
питающей |
магнитными полями. |
сети, а затем после неко |
|
торого перерыва, |
определяемого временем отключения и |
включения коммутирующих аппаратов, вновь подклю чается к сети, но при другом чередовании напряжения, так что двигатель начинает тормозиться в режиме противовключения, а затем разворачивается в обратную сторону. После отключения двигателя от сети токи в обмотках ста тора сразу уменьшаются до нуля. Однако магнитный поток машины не может мгновенно упасть до нуля. По этому в обмотках ротора возникают свободные токи, под держивающие магнитный поток, который был до отклю чения. Эти токи затухают во времени. Если двигатель вновь подключается к сети, когда токи ротора и соответ ствующее им магнитное поле еще не затухли, то это не затухшее магнитное поле оказывает существенное влия ние на электромагнитные переходные процессы.
На рис. 9-26, а приведены зависимости момента и ско рости двигателя от времени при реверсе с затухшим полем, а на рис. 9-26, б — при реверсе с незатухшим полем.
В первом случае наибольший пик переходного момеита может в 3—6 раз, а во втором — в 12—18 раз превышать номинальное значение момента двигателя. Наличие таких больших моментов может вызвать удары в передачах кине матической цепи электропривода, что необходимо учиты вать при проектировании последнего. Следует отметить, что в зависимости от начального угла между вектором э. д. с. от незатухшего магнитного поля и вектором на пряжения сети переходные процессы начинаются при раздшх условиях. Поэтому значение первого, наибольшего пика момеита при разных процессах реверса различно, что вызывает нестабильность времени и пути торможения двигателя при его работе в режиме противовключения. Практически реверс асинхронного двигателя часто проис ходит при наличии незатухшего магнитного поля.
Высказанные в данном разделе положения показы вают, что электромагнитные переходные процессы асин хронного двигателя оказывают существенное влияние на его динамические режимы. Возникающие в начале пере ходных процессов пики моментов могут при пуске в 3— 5 раз, а при реверсе в 12—18 раз превысить номинальные моменты. Следовательно, эти процессы определяют надеж ность работы асинхронного электропривода. Исследо вания показывают, что при переходных процессах с за тухшим магнитным полем, например при пуске, электро магнитные переходные процессы практически не оказы вают влияния на время переходных режимов. Это в неко торых случаях дает оспование не считаться с электромаг нитными процессами и рассчитывать переходные режимы с помощью статических характеристик.
При переходных процессах с незатухшпм магнитным полем, как правило, нельзя пренебрегать электромагнит ными процессами. Возникающая при таких режимах не стабильность в протекании переходных процессов может быть оценена только с учетом анализа указанных процес сов.
Возникающие при переходных процессах броски элект ромагнитных моментов имеют место в начале процессов и далее уменьшаются. Их особенно следует учитывать для электроприводов, в которых часто имеют место переход ные процессы.
При использовании специальных мер электромагнит ные переходные процессы могут быть значительно ослаб лены. Так, если осуществлять плавный пуск асинхрон
ного двигателя постепенным изменением напряжения на его зажимах от пуля до поминального значения, то при этом изменение момента будет иметь плавный харак тер, а броски моментов будут отсутствовать. Такой способ пуска можно реализовать при питании асинхронного дви гателя через магнитный усилитель или тиристорный регу лятор напряжения, с помощью которых при плавном из менении управляющего сигнала можно добиться плавного изменения напряжения на зажимах двигателя.
Г л а в а д е с я т а я
ЭНЕРГЕТИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
10-1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Понятие «энергетика электроприводов» включает в себя вопросы потребления и расхода электроэнергии, потерь энергии при ее электромеханическом преобразовании, вопросы эффективности использования активной и реак тивной энергии. Важность этих вопросов делает, целе сообразным выделить их в самостоятельную главу, хотя частично они излагались и в других главах.
Потребляемая из сети электроэнергия, расходуемая на валу двигателя механическая энергия и значения по терь в электроприводе определяют важные энергетические показатели его работы: к. п. д. т] и коэффициент мощности cos ср. Повышение ц и cos ф позволяет полнее использо вать электрооборудование и снизить его эксплуатацион ные расходы. Энергетические показатели электропривода существенно зависят от режимов его работы, от момента нагрузки, угловой скорости, напряжения и частоты сети. Остановимся вначале на энергетических показателях нерегулируемого электропривода, когда двигатель рабо тает в режимах, соответствующих его естественной механи ческой характеристике.
Мощность потерь в нерегулируемом электроприводе складывается из мощности потерь в двигателе и в механи ческих передачах от двигателя к рабочему органу, т. е.
АР = ДРдв + APues. |
(10-1) |