4.9. Синхронный двигатель, как динамический объект

Зависимость момента синхронного двигателя от пространственного угла θ между осями вращающегося магнитного поля и ротора линеаризованно (см.4.42) может быть представлена как

М=в θ. (4.51)

Такое соотношение говорит о том, что по своим динамическим свойствам синхронный двигатель подобен пружине – чем больше угол закручивания, тем больше момент. Это обстоятельство объясняет склонность синхронной машины к колебаниям около установившегося значения θ_уст, определяемого моментом нагрузки на валу двигателя. Для демпфирования колебаний используется пусковая (асинхронная) короткозамкнутая обмотка, расположенная на роторе двигателя. Демпфирующий момент, развиваемый благодаря наличию этой обмотки будет согласно (4.47)

, (4.52)

где β – жесткость рабочей части механической характеристики двигателя в асинхронном режиме.

Выражение (4.52) говорит о том, что как только скорость ротора синхронного двигателя отклоняется по величине от скорости поля ω₀, возникает момент М_демп, стремящийся восстановить равенство скоростей ротора и поля. Если учесть, что угол θ есть интеграл разности скоростей

, (4.53)

то можно составить структурную схему, отражающую динамические свойства синхронного двигателя при приложении нагрузки (рис.4.32а). В этой схеме моменты, отражающие взаимодействие вращающегося электромагнитного поля с током (потоком) в обмотках ротора, суммируются. Структурная схема (4.32а) отражает следующие уравнения в операторной форме:

(4.54)

Рис.4.32. Упрощенные структурные схемы синхронного двигателя

а) при приложении нагрузки; б) при втягивании в синхронизм

Свертывая структурную схему (рис.4.32а), получим передаточную функцию синхронного двигателя при изменении нагрузки на его валу

. (4.55)

Интегрируя (4.55) получим передаточную функцию для угла нагрузки

. (4.56)

Н

Рис.4.33. Колебания ротора синхронного двигателя при скачкообразном приложении нагрузки

аиболее тяжелым режимом для синхронного двигателя является втягивание в синхронизм. Анализ этого режима может быть проведен с ис-пользованием структурной схемы рис. 4.32б. Двигатель раз-гоняется в асинхрон-ном режиме до подсинхронной ско-ростиω_ПС. Контакт К на структурной схеме разомкнут, что соот-ветствует работе двигателя на механической характеристике асинхронного режима (точка а на рис.4.24). При замыкании К начинается режим втягивания в синхронизм. Ток возбуждения постепенно возрастает, появляется синхронный момент М, величина которого вычисляется по формуле (4.42) с учетом того, что . Процесс втягивания в синхронизм носит сложный колебательный характер (рис.4.33) и в значительной степени зависит от двух параметров: величины подсинхронной скоростиω_ПС и значения момента инерции на валу двигателя. Проверку условия вхождения в синхронизм можно производить, пользуясь формулой Р.А.Лютера

.

Глава 5. Общие принципы регулирования электропривода

5.1. Общие положения

Регулируемый электропривод является сегодня основным видом автоматизированного электропривода. Применение регулируемого электропривода в составе технологических машин и агрегатов обычно связано с одним из следующих обстоятельств:

107