2.4.5. Резкие изменения режима в системах электроснабжения

Эти изменения происходят по следующим причинам:

- авария, например КЗ или перегрузка в распределительной или питающей сети, и последующее её устранение; напряжение в момент t=0 уменьшается от величины U₀ до U₁, а затем по истечении времени t₁ вновь восстанавливается;

- отключение узла нагрузки (перерыв питания) и подключение резервного питания через время t₁;

- изменение момента сопротивления механизма в связи с увеличением или уменьшением нагрузки механизма с последующим восстановлением прежнего значения момента.

Рассмотрим эти случаи упрощённо, чтобы выяснить основную физическую картину процесса и особенности поведения синхронных и асинхронных двигателей. Будем считать, что механический момент нагрузки двигателей М_мех изменяется скачком в моменты времени t=0, t=t₁, что электромеханический момент М может быть определен по статической характеристике, а электромагнитные переходные процессы в двигателях не учитываются, так как они в большинстве случаев сравнительно мало влияют на изучаемые процессы.

Предположим, что напряжение питания меняется так, как показано на рис. 2.27,а, или момент сопротивления меняется так, как показано на рис. 2.27,б. В обоих случаях происходит наброс нагрузки, который может вызвать неустойчивость.

а) б)

Рис. 2.27. Изменение режима:

а – снижение напряжения; б – увеличение момента

Наброс нагрузки на синхронный двигатель

При снижении напряжения от U₀ до U₁ максимальный момент уменьшится от М₀ до М₁. Процесс будет определяться характеристиками, приведёнными на рис. 2.28,а. При снижении напряжения до U₁ система остаётся устойчивой. Аналогично протекает процесс при увеличении момента нагрузки от М_мех0 до М_мех1 (рис. 2.28,б). В обоих случаях площадь ускорения abca меньше максимально возможной площади торможения cdec. Новый установившийся режим будет в точке с.

а) б)

Рис. 2.28. Изменение напряжения и нагрузки синхронного двигателя:

а – уменьшение напряжения от U₀ до U₁ и U₂;

б – увеличение механического момента от М_мех0 до М_мех1 и М_мех2

При снижении напряжения до U₂ (рис. 2.28,а) или увеличении механического момента до М_мех2 (рис. 2.28,б) система оказывается неустойчивой. В обоих случаях площадь ускорения ab₁c₁a больше возможной площади торможения с₁d₁e₁c₁.

Для сохранения устойчивости нужно при угле δ_откл восстановить исходные условия (поднять напряжение до U₀ в случае а, снизить момент до М_мех0 в случае б). Угол δ_откл надо подобрать так, чтобы площадь ускорения была равна площади торможения. Например, в случае на рис. 2.28, а

(пл. ab₁c₁a + пл. e₁fk₁e₁) – ( пл. с₁d₁e₁c₁ + пл. k₁kmnk₁) = 0.

В частном случае при периодически меняющейся нагрузке, график которой показан на рис. 2.29, будем иметь при δ₀=0, М₀=0, . Предельный угол (при котором сохраняется устойчивость) будет δ₁. В рассматриваемом случае при предельный угол составляет δ₁=2 рад 114, а при δ₁=1 рад  57.

а) б)

Рис. 2.29. Наброс нагрузки (a) и (б)

на ненагруженный синхронный двигатель

Наброс нагрузки на асинхронный двигатель

Изменение напряжения питающей сети или механической нагрузки на валу двигателя вызывает изменение скольжения. С уменьшением напряжения или ростом механического момента скольжение увеличивается (рис. 2.30).

а) б)

Рис. 2.30. Наброс нагрузки на асинхронный двигатель:

а – понижение напряжения от U₀ до U₁ (уменьшение момента от М₀ до М₁);

б – увеличение механического момента от М_мех0 до М_мех1

Если при этом механический момент М_мех окажется больше максимального М_мех > M_m, то двигатель будет увеличивать своё скольжение до полной остановки (s = 1).

Скольжение, при котором возможно восстановление исходного режима после восстановлении напряжения, . При исходный режим восстанавливается. При двигатель останавливается. Во избежание этого надо своевременно восстановить напряжение (или уменьшить механический момент на валу).