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

Что такое переходные процессы в асинхронных двигателях

Переходные процессы в электрических двигателях

Изложенное выше относится также к синхронным двигателям и компенсаторам, так как последние вследствие инерции в первые периоды КЗ не снижают заметно скорость вращения ротора.

Синхронные двигатель и компенсатор являются дополнительными источниками тока КЗ, так как их сверхпереходная (или переходная) ЭДС больше подведенного напряжения ( ), которое при возникновении КЗ в любой точке сети уменьшается. Схема замещения синхронного двигателя такая же, как и синхронного генератора. Параметры схемы замещения синхронного двигателя находятся, используя параметры предшествующего режима. При отсутствии справочных данных для синхронного двигателя можно приближенно принять и .

Для определения ударного тока от синхронного двигателя, необходимо предварительно определить постоянную времени, для нахождения которой находится его активное сопротивление

,

где — КПД двигателя.

Недовозбужденный синхронный двигатель также работает в режиме генератора при значительных снижениях напряжения, возникающих при КЗ (при малой удалённости КЗ). При малых снижениях напряжения, когда сохраняется неравенство , он по-прежнему будет потреблять ток из сети.

Асинхронные двигатели, составляющие основную часть промышленной нагрузки, работают с малым скольжением =2-5%. Для практических расчётов можно считать, что они работают с синхронным числом оборотов. Следовательно, в начальный момент КЗ асинхронный двигатель можно рассматривать как недовозбуждённый синхронный.

Существенный ток КЗ генерируют только асинхронные двигатели, непосредственно связанные с точкой КЗ или находящиеся в зоне малой удалённости от неё, т.е. те, у которых сверхпереходные ЭДС превышают напряжения сети в точке присоединения двигателей. Этот ток обусловлен электромагнитной энергией, запасённой в обмотках АД до возникновения КЗ.

Ротор асинхронного двигателя в начальный момент КЗ продолжает по инерции вращаться. В цепи ротора протекает остаточный ток, а соответствующий ему поток пронизывает обмотку статора, и, вследствие его изменения в ней наводится ЭДС. Так как цепь обмотки статора замкнута, протекает ток к точке КЗ. После затухания свободного тока ротора (вследствие активного сопротивления цепи ротора) генерирование тока асинхронным двигателем прекращается.

Исходя из неизменности потокосцепления с обмоткой ротора в начальный момент КЗ, для асинхронного двигателя можно установить его сверхпереходные ЭДС и сопротивление. Схема замещения асинхронного двигателя для определения сверхпереходных параметров аналогична схеме замещения синхронного генератора. Сверхпереходное сопротивление асинхронного двигателя по существу является сопротивлением КЗ (т.е. когда АД заторможен), относительную величину которого можно определить из выражения , ( — кратность пускового тока). Сверхпереходная ЭДС определяется из условий предшествующего режима. При отсутствии справочных данных она приближенно может быть принята равной .

Относительно большие активные сопротивления обмоток статора и ротора АД обуславливают весьма быстрое затухание периодической и апериодической составляющих генерируемого АД тока. На рис.6.14 показана характерная кривая тока, генерируемого АД в начальный момент времени после возникновения КЗ.

Дополнительный ударный ток от АД

,

где — ударный коэффициент асинхронного двигателя. Кривые изменения ударного коэффициента в зависимости от мощности АД показаны на рис. 6.15 в виде заштрихованной зоны. Кривые построены с учётом затухания периодической составляющей тока КЗ.

Рис.6.14. Характерная кривая тока, генерируемого АД

Совокупность мелких асинхронных двигателей может быть заменена одним эквивалентным двигателем и называется обобщённой нагрузкой. Аналогично асинхронному двигателю обобщённая нагрузка в начальное время КЗ генерирует ток КЗ. Схема замещения обобщённой нагрузки в начале переходного режима КЗ идентична схеме замещения синхронного генератора.

Рис.6.15. Кривые изменения ударного коэффициента в зависимости от мощности АД

Для обобщённой нагрузки рекомендуются следующие параметры, отнесенные к полной рабочей мощности и среднему номинальному напряжению: = 0,85; = 0,35; =2,5; = 1.

Дополнительный ударный ток, генерируемый обобщённой нагрузкой

.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 6

1. Дифференциальные уравнения синхронной машины в фазных координатах.

2. Отчего зависят собственные и взаимные индуктивности синхронной машины.

3. Баланс потоков синхронной машины с идеальным ротором без рассеяния.

4. Баланс потоков синхронной машины с реальным ротором (с рассеянием).

5. Схема замещения синхронной машины в переходном режиме.

6. Схема замещения синхронной машины в сверхпереходном режиме в продольной оси.

Читать еще:  Двигатель внутреннего сгорания применяется в чем

7. Схема замещения синхронной машины в сверхпереходном режиме в поперечной оси.

8. Объяснить вид кривой зависимости периодической слагающей тока при КЗ на зажимах синхронного генератора без демпферных обмоток и отключённом АРВ.

9. Объяснить вид кривой зависимости периодической слагающей тока при КЗ на зажимах синхронного генератора с демпферными обмотками и отключённом АРВ.

10. Влияние АРВ на вид кривой периодической слагающей тока при КЗ на зажимах синхронного генератора.

11. Поведение синхронного двигателя в первый момент времени после КЗ на его зажимах.

12. Поведение асинхронного двигателя в первый момент времени после КЗ на его зажимах.

13. Поведение обобщённой нагрузки в первый момент времени после КЗ на её зажимах.

Переходные процессы электропривода с асинхронным короткозамкнутым двигателем

Проведенный анализ переходных процессов электропривода с линейной механической характеристикой справедлив и для электропривода с асинхронным короткозамкнутым двигателем, если в переходном процессе абсолютное скольжение sa

Переходя к изображениям переменных по Карсону при нулевых начальных условиях, а также учитывая, что синусоидальное напряжение сети, представленное вектором имеет изображение , получаем

Решив (4.89) относительно векторов тока i1(р) и i2(р), получим их изображения:

Характер изменения свободных составляющих и их затухание определяются корнями p1 и р2 характеристического уравнения (корень знаменателя p=jw0эл определяет установившийся режим, так как относится к изображению напряжения):

Если (4.92) представить в виде

то можно установить, что в рассматриваемом случае, когда wэл=0, система имеет отрицательные различные действительные корни. Для оценки корней упрощаем (4.93), учитывая, что практически R1L2 и R’2L1 близки друг к другу. Примем R1L2»R’2L1 и R1»R’2

Выражаем в (4.94) L1 L2 и L12 через индуктивные сопротивления асинхронного двигателя x1, х2, xm и, учитывая, что xm>>x1 и xm>>х’2, получаем

Сравнивая (4.95) и (4.96), можно заключить, что коэффициент затухания a1 значительно меньше коэффициента затухания a2 — их отношение можно оценить значением х1/2хm.

Находим оригиналы токов, обозначая p1=-a1и р2=-a2, имея в виду их точные значения, определяемые из (4.92) и (4.93):


Таким образом, вектор каждого тока содержит кроме установившейся составляющей, изменяющейся с частотой w0эл, две переходные составляющие, имеющие апериодический характер и затухающие с коэффициентами затухания a1 и a2. Для вычисления момента двигателя по третьему уравнению системы (4.87) необходимо определить комплексно-сопряженный вектор тока ротора:

Подставив (4.97) и (4.99) в указанное уравнение, можно определить составляющие электромагнитного момента, обусловленные взаимодействием составляющих токов. В качестве примера определим установившееся значение пускового момента Мп yст, пропорциональное мнимой части произведения первых членов (4.97) и (4.99):

С учетом того, что амплитуда напряжения двухфазной модели связана с амплитудой трехфазного напряжения согласующим коэффициентом

выразив в (4.100) индуктивности через реактансы, получим

Если в (4 101) подставить выражения a1 и a2 из (4.92) и (4.93) и выполнить некоторые преобразования с учетом малости х1, х’2 в сравнении с хm можно получить значение пускового момента:

Так как процедура получения составляющих момента из этого примера ясна, опустим промежуточные выкладки и приведем полное выражение пускового момента в виде

Нетрудно видеть, что из девяти возможных составляющих момента, определяемых сочетаниями произведений составляющих токов (4.97) и (4.99), в (4.103) присутствуют семь составляющих, если учесть, что апериодическая составляющая представляет собой сумму моментов, определяемых произведениями апериодических составляющих токов с разными коэффициентами затухания. Можно убедиться, что произведение составляющих (4.97) и (4.99) с одинаковыми коэффициентами затухания не содержит мнимой части и момента не создает. Периодические составляющие (4.103) обусловлены взаимодействием затухающих апериодических составляющих с принужденными токами, поэтому имеют угловую частоту колебаний w0эл.

Как было показано, a1 0,5w, весьма быстро. Следовательно, число колебаний момента за время пуска тем больше, чем меньше ускорение электропривода, т. е. увеличивается при возрастании момента инерции механизма и статической нагрузки.

К моменту перехода на устойчивый участок статической характеристики (s

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.008 с) .

Электростанции

  • Главная
  • карта сайта
  • статьи
Читать еще:  Давление масла двигателя в psi

Навигация

  • Меню сайта
    • Организация эксплуатации
    • Электрические схемы
    • Турбогенераторы
    • Трансформаторы и автотрансформаторы
    • Распределительные устройства
    • Электродвигатели
    • Автоматика
    • Тепловая изоляция
    • Регулирование энергоблоков
    • Тяговые подстанции
    • Выпрямители и зарядные устройства
    • Проектирование электрических сетей и систем
    • Электрооборудование электротермических установок

Меню раздела

Влияние индуктивности силовых цепей двигателей на характер переходных процессов

Переходные процессы электромеханических систем являются процессами, в ходе которых изменяется энергетическое состояние всей электромеханической системы и ее элементов. Так, изменение скорости ротора электрической машины от 4ГЯ корни уравнений будут разными, вещественными, отрицательными. Такое соотношение постоянных времени имеет место при включении в якорную цепь двигателя дополнительных сопротивлений, например в случае реостатного пуска двигателей на искусственных характеристиках. Тогда процесс носит апериодический характер в виде суммы двух экспонент. Чем больше активные сопротивления якорной цепи, тем больше Тч и тем ближе действительный характер переходного процесса к рассчитанному методами, указанными в § 5.2, т. е. в этих случаях индуктивностью якорной цепи двигателя можно пренебречь.
В случае Гм >еп. При этом изменит знак ток якоря, вызывая замедление двигателя, т. е. избыток кинетической энергии, уменьшаясь, передается в якорную цепь двигателя в виде электромагнитной энергии. Обмен энергиями между электромагнитной и механической инерционностями двигателя, т. е. колебательность тока якоря и скорости двигателя, продолжается до полного рассеяния энергии свободных токов в активных сопротивлениях якорной цепи в виде тепловой энергии.
Колебательный характер переходных процессов в приводах ЭТУ является нежелательным явлением, так как колебания, например, электродов в печах переплава и дуговых при работе регуляторов мощности вызывают колебания потребляемых печами активной и реактивной мощностей, отрицательно сказываясь на питающих печи сетях. Поэтому при построении регуляторов мощности электродных печей предусматриваются специальные мероприятия, обеспечивающие коррекцию переходных процессов в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями.
При исследовании влияния индуктивностей многофазных обмоток машин переменного тока на характер переходных процессов исходят из того положения, что в двигателе вращающиеся магнитные поля (см. рис. 2.3) создаются принужденными составляющими фазных токов. Результирующим действием свободных токов фазных обмоток является неподвижное в зазоре двигателя магнитное поле. Налагаясь на вращающуюся с синхронной скоростью принужденную составляющую, неподвижная свободная составляющая поля периодически ослабляет или усиливает поле в зазоре машины, вызывая колебания момента и скорости двигателя в процессе разбега двигателя. Приведенные на рис. 5.10,в графики пуска асинхронного двигателя построены с использованием статической механической характеристики двигателя. Колебания момента и скорости, вызванные свободными составляющими токов в фазах двигателя, будут происходить в соответствии с рис. 5.18, на котором приведены графики со(/) и M(t) пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя, полученные экспериментально. Применение асинхронных короткозамкнутых двигателей в ответственных приводах требует учета колебательности момента при пуске. Мерой борьбы с колебаниями момента в таких приводах может быть применение асинхронных двигателей с фазным ротором при включении в их роторную цепь добавочных резисторов, что приводит к быстрому затуханию свободных составляющих фазных токов, или специальных устройств питания асинхронных короткозамкнутых двигателей, позволяющих плавно изменять напряжение питания двигателя в процессе пуска. Этим обусловлены малые значения свободных токов в фазах двигателя, и их влияние на процесс пуска двигателей незначительно. Методы расчета переходных электромеханических процессов в электродвигателях с учетом электромагнитной инерции силовых цепей двигателей.

Механические переходные процессы пуска АД КЗ

Механические переходные процессы пуска АД КЗ (при J = Const и MC = Const) описываются системой уравнений:

(1)

где М – момент, развиваемый двигателем, Н×м;

МС – момент нагрузки, приведенный к валу двигателя, Н×м;

J – динамический момент инерции привода, приведенный к валу двигателя, кг×м 2 ;

МК – момент критический (максимальный) асинхронного двигателя, Н×м;

S, SK – скольжение текущее и критическое, соответствующее критическому моменту, о.е.;

w — угловая скорость двигателя, рад./с;

w — угловая скорость идеального холостого хода двигателя, рад./с.

В системе уравнений (1) первое уравнение – это дифференциальное уравнение движения одномассовой расчетной схемы электромеханической системы; второе уравнение – уравнение статической механической характеристики асинхронного двигателя; третье уравнение – уравнение связи между угловой скоростью двигателя и скольжением; четвертое выражение – значение момента нагрузки, приведенное к валу (скорости) двигателя.

Читать еще:  Датчик температуры воздуха на выпуске двигатель 3sfe

Подставив второе уравнение системы (1) в первое с учетом третьего уравнения:

. (2)

Тогда при МС = Const:

. (3)

Полученный интеграл находится методом разложения на элементарные дроби. После интегрирования и подстановки пределов получим:

, (4)

, . (5)

Если переходной процесс пуска для асинхронного двигателя осуществляется вхолостую (т.е. при МС = 0), то выражение (3) упростится и примет вид:

. (6)

После интегрирования получаем:

. (7)

Выражения (4) и (7) позволяют определить зависимости момента и скольжения (а, значит и угловой скорости) от времени за период переходного процесса пуска. Задаваясь рядом значений скольжения S, определяют по выражению статической механической характеристики соответствующее значение момента М, а по выражениям (4) или (7) значение времени t.

На рисунке 3 показан характер изменения момента и угловой скорости асинхронного двигателя за время пуска под нагрузкой.

При пуске АД КЗ угловое ускорение плавно нарастает от начального значения, достигая при скорости, соответствующей критическому моменту, своего максимального значения, а затем резко уменьшается, стремясь асимптотически к нулю.

Считая, что переходной процесс закончится, когда угловая скорость двигателя достигнет 95 % установившегося значения, можно определить полное время пуска асинхронного двигателя, для этого в выражение (4) или в выражение (7) (в случае пуска на холостом ходу с МС = 0) SНАЧ =1 и S = SКОН = 0,05.

Рисунок 3 – Статическая механическая характеристика АД КЗ – а

и графики переходного процесса при пуске АДКЗ – б

Расчет параметров АД КЗ по паспортным данным для аналитического расчета переходных процессов (см. Методические указания к лабораторной работе № 2). Динамический момент инерции электромашинного агрегата (см. Методические указания к лабораторной работе № 7).

Контрольные вопросы

1. Как изменится время пуска асинхронного двигателя, если на время пуска уменьшить напряжение, подводимое к обмоткам статора?

2. Как соотносятся времена пуска асинхронного двигателя при пуске на холостом ходу и пуске под нагрузкой? Почему?

3. В какой момент времени при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором самое большое ускорение?

4. Что такое установившийся и переходный режим работы привода?

5. Как изменит время пуска асинхронного двигателя увеличение динамического момента инерции в 2 раза?

6. К какому значению установится ток статора асинхронного двигателя после окончания переходного процесса пуска, если пуск осуществляется на холостом ходу (МС = 0)?

7. С какой целью осуществляют пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором используя схему переключения обмотки статора со звезды на треугольник?

8. Как по статическим характеристикам можно определить начальные и установившиеся значения скорости, момента и тока при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

9. Как графически, например, по графику переходного процесса угловой скорости определить максимальное угловое ускорение за время пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

10. В какой момент времени пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором будет наблюдаться самый большой бросок тока?

11. Влияет ли на время пуска асинхронного двигателя жесткость линейного участка механической характеристики? Если да, то как?

12. Сравните времена пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в случае соединения обмоток статора в звезду и в случае соединения — в треугольник.

13. Как будет протекать процесс пуска асинхронного двигателя, если в процессе пуска произойдет обрыв одной его из фаз?

Рекомендуемая литература

1. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 416 с.: ил.

2. Основы автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов/ М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов, А.В. Шинянский. – М.: Энергия, 1974. – 568с.: ил.

3. Чиликин М.Г. Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов / Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. – М.: Энергия, 1979. – 616с.: ил.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector