- •Пермский Государственный Технический Университет
- •Механика электромеханической системы Кинематическая схема эл.Привода. Силы и моменты, действующие в системе эл.Привода.
- •Механические характеристики производственных механизмов. Для теории и практики эл.Привода большое значение имеют понятия механической характеристики рабочей машины.
- •Расчетные схемы выглядят так:
- •Уравнение движения и режимы работы эл.Привода как динамической системы.
- •Передаточные функции, структурные схемы и частотные характеристики механической части электропривода как объекта управления.
- •Движение инерционных масс эл.Привода с учетом упругих связей движущихся масс.
- •Динамические нагрузки эл.Приводов.
- •В уравнении жесткого приведенного механического звена величина
- •Определение наивыгоднейшего передаточного отношения.
- •Математическое описание процессов электромеханического преобразования энергии.
- •Понятие о электромеханических и механических характеристиках электродвигателей, их жесткости и режимы работы эмп.
- •Координатные преобразования переменных обобщенной электрической машины.
- •Выбор скорости к координатных осей u,V.
- •Фазные преобразования переменных обобщенной машины.
- •Электромеханические свойства двигателей. Математическое описание процессов преобразования энергии в двигателе постоянного тока независимого возбуждения.
- •Естественные и искусственные эл.Механические и механические характеристики двигателя независимого возбуждения в именованных и относительных единицах.
- •Реверсирование двигателя независимого возбуждения и механические характеристики для прямого и обратного напрявления вращения.
- •Тормозные режимы двигателя независимого и параллельного возбуждения.
- •Генераторное торможение с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть.
- •Торможение противовключением.
- •Электродинамическое торможение.
- •Расчет механических характеристик двигателя независимого возбуждения.
- •Расчет сопротивлений для якорной цепи днв.
- •Динамические свойства днв при питании от источника напряжения.
- •Математическое описание процессов электромеханического преобразования энергии в двигателе постоянного тока последовательного возбуждения (дпв)
- •Естественные и искусственные электромеханические и механические характеристики дпв
- •Тормозные режимы дпв
- •Расчет искусственных электромеханических и механических характеристик дпв.
- •Расчет пусковых сопротивлений для дпв.
- •Механические характеристики двигателя смешанного возбуждения (дсв) и его тормозные режимы.
- •Расчет тормозных сопротивлений для двигателей постоянного тока.
- •Математическое описание процессов преобразования энергии в асинхронном двигателе.
- •Естественные механическая и эл.Механическая характеристика ад. Формула Клосса.
- •Искусственные механические характеристики ад при изменении параметров цепей статора, ротора и питающей сети.
- •3. Введение добавочного активного сопротивления в цепь ротора.
- •4. Изменение частоты питающей сети.
- •Тормозные режимы асинхронного двигателя.
- •2) Торможение с самовозбуждением
- •Расчет естественной и искусственных статистических механических характеристик ад
- •Расчет сопротивлений для роторной цепи ад.
- •Динамические свойства асинхронного эмп при питании от источника напряжения
- •Математическое описание и электромеханические свойства синхронного двигателя
- •Обобщенная эл.Механическая система эл.Привода с линейной (линеаризованной) механической характеристикой двигателя.
- •Статический (установившийся) режим работы электропривода и статическая устойчивость электропривода
- •Переходные режимы электроприводов Общая характеристика переходных процессов электроприводов, их классификация и методы расчета
- •Графический метод интегрирования уравнения движения (метод пропорций)
- •Графоаналитический метод интегрирования уравнения движения (метод последовательных интервалов)
- •Электромагнитные переходные процессы в цепях возбуждения и форсирование процессов возбуждения
- •Переходный процесс электропривода с двигателем независимого возбуждения при изменении магнитного потока
- •Переходные процессы при пуске и торможении электропривода с короткозамкнутым асинхронным двигателем (ад)
- •Характер изменения свободных составляющих и их затухание определяются корнями p1 и p2характеристического уравнения
- •Корень определяет установившийся режим т.К. Относится к изображению напряжения. Если учесть, что , топоэтому
- •Регулирование координат электропривода Требования к координатам электропривода и формированию его статических и динамических характеристик
- •Основные показатели способов регулирования координат электропривода
- •Системы управляемый преобразователь – двигатель (уп – д).
- •Система генератор – двигатель (гд).
- •Расчет статических электромеханических и механических характеристик в системе гд
- •Система тиристорный преобразователь – двигатель (тп – д).
- •Торможение и реверсирование двигателя в системе тп-д и статические механические характеристики реверсивного вентильного электропривода
- •Расчет статических механических характеристик в системе тп-д
- •Коэффициент мощности и основные технико-экономические показатели вентильного электропривода
- •Частотное управление асинхронными двигателями
- •Законы частотного регулирования
- •Статические механические характеристики ад при частотном управлении.
- •Система пч-ад (преобразователь частоты - асинхронный двигатель)
- •Обобщенная линеаризованная система уп-д
- •Регулирование момента (тока) электропривода Задачи регулирования момента (тока) электропривода
- •Реостатное регулирование момента (тока) двигателей
- •Релейное автоматическое регулирование тока и момента ад изменением импульсным методом сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора
Переходные процессы при пуске и торможении электропривода с короткозамкнутым асинхронным двигателем (ад)
В большинстве случаев к.з. АД питается от сети с U1=const и f1=const. Поэтому нелинейность их механических характеристик проявляется полностью как в режимах пуска ,так и торможения. Магнитный поток в переходных режимах изменяется в широких пределах и на характер переходных процессов существенное влияние оказывает электромагнитная инерция. С учетом ее движение электропривода в переходном процессе пуска включением на сеть можно описать, если воспользоваться уравнениями динамической механической характеристики в комплексной форме в осях U, V и уравнением движения обобщенной машины, подставить в них вместо U2 - 0, т.к. двигатель короткозамкнутый. Уравнения в комплексной форме, полученные ранее, имеют вид
Если выразить векторы потокосцеплений через обобщенные векторы токов статора и
ротора т.е
и подставить в уравнения равновесия ЭДС, получим
Заменив р на , а вместоU2 подставив 0, будем иметь
Решить эту нелинейную систему уравнений можно только с помощью ЭВМ. Однако оценить влияние электромагнитной инерции в общем виде можно при анализе процесса включения двигателя на сеть при неизменной скорости ротора, т.е. эл=const .
На начальном этапе скорость двигателя еще не успела существенно измениться и можно принять эл=0. Анализировать такой процесс удобнее всего в осях и , принимая к=0.При этих условиях первые 2 уравнения системы запишутся так
Переходя к изображениям переменных по Карсону при нулевых начальных условиях и учитывая, что синусоидальное напряжение сети U1имеет изображение в виде
, получим
Найдя из второго уравнения i’2(p) и подставив в первое, а затем из второго же найдя i1(p) и подставив в первое получим после преобразований изображения токов
Характер изменения свободных составляющих и их затухание определяются корнями p1 и p2характеристического уравнения
1)
Корень определяет установившийся режим т.К. Относится к изображению напряжения. Если учесть, что , топоэтому
Если выразить L1, L2, L12 через индуктивные сопротивления
и учесть что и, получим
где , ибо в нормальных АД и и величинойможно пренебречь.
Здесь и - коэффициенты затухания, причем как видно из полученных соотношений , а их отношение .
Для нахождения оригиналов, т.е. действительных значений токов и , будем иметь в виду, что при обозначении р1=-и p2=-принимаются во внимание точные значения р1 и р2 , соответствующие выражению 1 . т.о.
Из этих выражений видно, что вектор каждого тока, кроме установившейся составляющей, изменяющейся с частотой 0эл, содержит 2 свободные составляющие, затухающие с коэффициентами затухания и .
Для вычисления момента двигателя необходимо найти комплексно-сопряженный вектор тока ротора . С этой целью в выражении для перед всемиставится знак минус. Подставив найденное значение и значение токав выражение электромагнитного момента, получим его составляющие, обусловленные взаимодействием составляющих токов. Если для примера найти установившееся значение пускового момента двигателя, пропорциональное мнимой части произведения первых членов уравнений для и , выразить индуктивности через индуктивные сопротивления, то имея в виду, что амплитудаU1M двухфазной машины связана с амплитудой U1M трехфазного напряжения коэффициентом , получим
Если сюда подставить значения и из выражения 1 и выполнить некоторые преобразования с учетом того, что и , получим значение пускового момента
Полное выражение пускового момента имеет вид
Здесь 7 составляющих момента.
Первая - установившийся для данной угловой скорости момент, соответствующий его статической механической характеристике. Следующие две составляющие – апериодические свободные составляющие. Следующие четыре составляющие - периодические составляющие, обусловленные взаимодействием затухающих апериодических (свободных) составляющих с принужденными токами, обусловленными действием напряжения сети. Поэтому они имеют угловую частоту напряжения сети 0эл. Апериодические (свободные) составляющие момента обусловлены взаимодействием свободных токов.
Поскольку, как показано ранее, , то характер изменения момента определяется главным образом переменными составляющими момента, затухающими с коэффициентом . Логарифмический декремент затухания для этих составляющих
т.к.
Т.к. x1<x1+x на порядок, а Skp=0,1-0,5 , то для колебательной составляющей равен десятым долям единицы. Это значит, что за время затухания совершается десятки колебаний периодической составляющей момента, которая суммируясь с Муст, создает пики пускового момента, превышающие статический пусковой момент в несколько раз.
Для иллюстрации на рис. приведены кривые переходного процесса к.з. АД при пуске вхолостую, которые отражают рассмотренное влияние электромагнитной инерции, т.е. электромагнитных переходных процессов. Тут же приведена динамическая механическая характеристика двигателя (кривая 1), построенная на основе зависимостей M=f(t) и =f(t). Еще большие пики момента имеют место при противовключении двигателя с незатухающим полем. Т.о. электромагнитная инерция исключает возможность нарастания момента скачком и существенно ухудшает характер процесса пуска, вызывая большие и многократно повторяемые пики, ускоряющие износ самого двигателя и механического оборудования.
Исследования показывают, что к моменту выхода к.з. АД на устойчивую часть статической механической характеристики (S<Skp) электромагнитные переходные процессы, обусловленные подключением двигателя к сети, практически затухают. В этом случае дальнейший процесс увеличения скорости до (при Мс=0) протекает следующим образом. При S<Skp токи в обмотках статора машины, определяемые по статической электромеханической характеристике (см. рис. ) , резко меняются по величине с изменением скорости. Однако, в следствии влияния индуктивности обмоток токи ротора не успевают измениться в соответствии с данной характеристикой. Чем жестче рабочий участок статической механической характеристики и чем меньше приведенный момент инерции, тем в большей степени изменение токов будет отставать от изменения скорости. В результате при 0 в процессе пуска вхолостую токи могут быть не равными нулю, поэтому не будет равен 0 и момент. И ротор разгоняется до скорости, превышающей синхронную. Момент становится тормозным, скорость начнет уменьшаться и т.д. (см. кривую 1- динамическую характеристику). Поэтому в конце переходного процесса изменение и М двигателя имеет затухающий колебательный характер. Чем мягче рабочий участок статической механической характеристики и чем больше момент инерции ротора, тем меньше амплитуда этих колебаний. Практически эти колебания в конце переходного процесса возникают не всегда.
Рассмотренные особенности переходных процессов к.з. АД относятся к числу его существенных недостатков и снижают надежность его работы. Снижения переходных составляющих тока и момента можно достичь путем ограничения темпа нарастания напряжения, приложенного к двигателю при пуске, что осуществляется применением тиристорных регуляторов напряжения, тиристорных преобразователей частоты.