7.4. Потери энергии в переходных режимах

Потери энергии в переходных режимах, как правило, возрас­тают, поскольку эти процессы сопровождаются большими бро­сками тока.Так, при пуске асинхронного короткозамкнутого дви­гателя пусковые токи составляют 5-6 номинального. В процессе разгона двигатель должен не только преодолевать момент сопро­тивления, но и создавать динамический момент, идущий на увеличение кинетической энергии движущихся масс.

Рассмотрим потери энергии в короткозамкнутом асинхрон­ном двигателе за время пуска вхолостую (М^О). В процессе пус­ка двигатель, разгоняясь, проходит скольжения от 1 до 0. В этот период в роторе выделяются значительные потери энергии, что особенно неблагоприятно для короткозамкнутых двигателей, где эти потери не могут быть вынесены из машины в пусковые со­противления.

Так как потери в роторе пропорциональны моменту и сколь­жению

ΔP = M · ω₀s

то потери энергии за один пуск будут:

(11.7)

При пуске вхолостую М = J_∑(dω/dt) подставляя это зна­чение момента в (11.7) и соответственно заменяя пределы интег­рирования, получим:

(11.8)

Отсюда вытекает правило, что при пуске асинхронного дви­гателя вхолостую потери в цепи его ротора равны запасу кинети­ческой энергии, который получают приходящие в движение ма­ховые массы ротора двигателя и рабочего механизма при их раз­гоне до установившейся скорости.

Заметим, что потери в роторе не зависят от времени пуска, пусковых токов и других параметров. Потери в статоре, напро­тив, зависят от параметров пуска.

Во избежание перегрева для каждого короткозамкнутого двигателя существует предельное значение суммарного момента инерции, который может преодолеть данный двигатель. При пус­ке значение J_∑пред указывается в каталогах. При отсутствии этих данных величина J_∑пред может быть определена из следующих соображений.

Допустимая величина энергии, выделяющейся в клетке ро­тора массой т_кл„ не должна приводить к перегреву более чем на Т_пер = 300⁰С. Отсюда

ΔА_доп = т_клС_клТ_пер

где С_кл – Дж/кг.гр – теплоемкость материала клетки ротора.

Расчет проводится исходя из необходимости обеспечения двух пусков подряд. Поэтому 2ΔА < т_клС_клТ_пер300. Из этих условий получим:

Потери энергии в роторной цепи двигателя при динамиче­ском торможении от скорости ω до минимальной скорости (за­тормозить двигатель до нулевой скорости при динамическом торможении нельзя) также равны запасу кинетической энергии, которой обладали движущиеся массы ротора и рабочей машины.

При торможении противовключением двигатель работает при еще больших скольжениях - от s_нач=2 до s=1. Подставляя эти значения в (11.7), получим, что

Для асинхронного двигателя важно определить потери при пуске и торможении не только в роторной, но и в статорной цепи. Ориентировочно эти потери можно найти, зная потери в роторе и пользуясь соотношением

Потери в статоре могут быть сокращены, используя, напри­мер, снижение напряжения на статоре при пуске (если это воз­можно).

При плавном изменении ω₀ в соответствии с заданным тем­пом разгона (при частотном управлении асинхронным двигате­лем или плавном повышением напряжения в приводах постоян­ного тока) двигатель работает с малыми скольжениями и потери в двигателе, как и в установившемся режиме, определяются ве­личиной развиваемого момента.