Материал: Полный текст лекций

Рисунок 58

– механическая инерционная постоянная агрегата (турбина + генератор). У нас двигатель (синхронный) потребляет энергию из системы и его момент P вращает. На муфте с двигателем стоит какой-то механизм (например винт). И вот этот Pмех в данном случае выступает в качестве тормозного момента (в уравнении движения).

Схема замещения АД полная

Рисунок 59

Всимулинке дано три типа АД:

1.Двигатель с фазным ротором

2.Беличья клетка (короткозамкнутый)

3.Двойная беличья клетка

На схеме (рисунок 59) приведена схема замещения АД с двойной беличьей клеткой. На схеме:

– статор

Если у нас просто одна беличья клетка, то второй компонент исчезает.

Схема замещения АД упрощенная

Рисунок 60

Упрощенные схемы позволяют примерно оценить сущность АД и вывести некоторые аналитические характеристики. Для упрощения на левой схеме магнитный шунт xμ переносят перед x’ а x’ и x’’ объединяют в xдв, тогда получается правая схема. Анализирую эту схему проще получить зависимость.

Дальше по упрощенной схеме замещения можно сказать, что момент двигателя P (который на рисунке 58) можно найти следующим образом.

Рисунок 61

Можно сказать, что P равно I2 умноженное на r эквивалентное. И если расписать это в соответствии с упрощенной схемой замещения, то мы можем получить формулы, выделенные красным и синим цветом. Все это для схемы справа на рисунке 60.

Пусковые характеристики АД

Дальше нужно построить эти зависимости активной и реактивной мощности двигателя от скольжения. Если мы построим моментно-скоростные характеристики (зависимости P, Q от скорости либо от скольжения), разница на самом деле будет небольшой (графики получатся зеркальными).

Рисунок 62

Рисунок 63

На левом графике показана зависимость от скольжения s. Красным и синим цветом показана зависимость от скорости ω (графики отзеркалены относительно вертикальной асимптоты).

Для того, чтобы перейти к рассмотрению пуска АД важны два момента: 1) момент двигателя P; 2) момент механизма (момент того винта). Вначале следует рассмотреть самый простой случай, когда у нас момент механизма нулевой. Питание, выключатель и АД. В какой-то момент времени щелкает выключатель и АД начинает раскручиваться. Как в этом

случае будет происходить пуск? Сначала мы из точки 1 идем в сторону увеличения ω (в

движется со скоростью чуть меньше чем синхронная скорость, выходит в точку ω = 1 и начинает крутиться с синхронной скоростью.

Также, можно запустить двигатель, который уже нагружен (Р > Pмех > 0). В этом случае крутящий момент все равно выше и движение начнется с точки s = 1 в сторону увеличения ω, но медленнее из-за того, что ∆Р меньше. Пуск двигателя происходил бы медленнее. И мы бы вышли в точку, которая находится правее точки нулевого скольжения. То есть, двигатель вышел не на синхронную (3000 об/мин) скорость, а на подсинхронную (2950 об/мин) скорость.

Естественно пуск мог бы происходить до того момента, пока нагрузка на винт не стала как на следующем рисунке:

В этом случае Pмех > Р, двигатель бы не запустился, и оставался бы в точке s = 1. При этом, потребление в районе 4,5 единиц. То есть, он бы потреблял очень много реактивной мощности, а это значит, что он просаживает напряжение. А это значит, что существовал бы пусковой ток, то есть, незапуск АД – это достаточно тяжелый режим для всей энергосистемы.

Следует отметить следующее (рисунок 64). Рассмотрим какой-то режим пуска еще раз. Был ненулевой момент механизма, мы запустились и пришли в точку пересечения Pмех = Р. Допустим, после того, как двигатель уже крутится и ему дали какую-то нагрузку, дали большую нагрузку на механизм (начали нагружать наш двигатель еще больше). У нас в ранней точке небаланс Pмех > Р. Тогда мы переходим в новую точку установившегося режима. Снова начинаем поднимать нагрузку на механизм, и снова переходим в новую точку у. р. Мы можем грузить двигатель до того момента, пока мы не настигнем критической точки.

Рисунок 64

Если мы перейдем эту точку, то Pмех > Р и наступает процесс опрокидывания двигателя, то есть он начинает идти в сторону уменьшения скорости ω (вправо, тормозится).

Также, следует отметить следующее (рисунок 64). Допустим, у нас последняя зеленая линия – момент механизма, когда двигатель еще не опрокинулся. Если рассмотреть этот момент, то момент в точке пуска (черная) получится больше чем пусковой момент. То есть, на таком моменте мы бы не запустились изначально. Но, тем не менее, сейчас мы можем работать. Очень часто бывает, что АД пускается ненагруженным, а потом он нагружается до, допустим, зеленого момента (на рисунке). Если механизм позволяет, то идет запуск ненагруженного АД, после чего он начинает постепенно нагружаться. Поэтому это дает нам догрузиться до критического момента, но не сразу.

На рисунке 62 справа показаны расчеты пуска: наверху – моментно-скоростные характеристики, а внизу – зависимость пускового тока от времени. Наверху изображены быстропереходные процессы, которые происходят в беличьей клетке в зависимости от скольжения. Момент механизма изображен на рисунке 62 справа сверху синей линией. Он не прямо по нулю идет, он немножко приподнимается.

Момент механизма

На самом деле, механизм также является неизвестной для нас. Потому что если мы говорим, что мы знаем про модель двигателя всё, то механизм остается для нас неизвестным (это может быть винт, ременная передача и т.д.). Получается, что характеристика механизма в зависимости от механизма может быть разной (опускающейся, прямой или поднимающейся). Поднимающаяся характеристика плоха тем, что тогда пусковой момент должен быть очень большим (это дополнительные мероприятия и регулирования).

Если у нас характеристика механизма спадающая как на рисунке (или прямая или поднимающаяся), то ее можно смоделировать неким полиномом (на рисунке 65). Если мы используем его, то мы можем увидеть, что можно задать любую характеристику вот этого момента. Получается, что эту характеристику момента мы будем подавать на АД. Увидим это при моделировании.