3.5. О динамике электромагнитного момента.

Взаимодействия электромагнитной и механической частей электромеханического преобразователя (электрической машины) в динамике изучаются уже продолжительное время, однако, теория этих процессов продолжает развиваться, особенно с появлением тиристорных асинхронных электроприводов.

Проведенные многочисленные экспериментальные исследования динамических режимов асинхронных электроприводов позволяют со всей определенностью сделать вывод, что использование статических характеристик асинхронных двигателей для расчета переходных режимов приводит к искажению реальной картины изменения токов, моментов и скорости в динамических режимах.

Обычная зависимость вращающегося момента асинхронного двигателя от скольжения M=f(s) сохраняет силу только при постоянстве скорости вращения, т.е. скольжения, когда угловое ускорение ротора равно нулю

.

Вращающий электромагнитный момент ускоряющегося ротора асинхронного двигателя может существенного отличаться от вращающего момента, развиваемого им при постоянной скорости. При реализации пуско-тормозных режимов, связанных с коммутационными операциями в асинхронном двигателе, как в специфической активно-индуктивной нагрузке, возникают электромагнитные процессы, обусловленные наличием принужденных и свободных составляющих переходного тока.

Таким образом, электромагнитный вращающий момент в асинхронном двигателе в динамике изменяется как в случае механического движения с ускорением, так и при коммутационных процессах.

Воздействие влияния ускоренного механического движения ротора асинхронного двигателя без учета влияния свободных переходных токов

можно оценить по воздействию при изменении скольжения. Имеется оценка изменения скольжения на вращающий момент асинхронного двигателя при следующих допущениях:

• угловое ускорение aпостоянно или угловая скорость изменяется во времени по синусоидальному закону с малой амплитудой,

• свободные переходные токи в обмотке статора отсутствуют,

• к зажимам двигателя приложено симметричное трехфазное напряжение,

• перед возникновением переходного процесса скорость имела установившееся значение,

• активное сопротивление обмотки статора пренебрежимо мало.

Качественная оценка процесса представляется в следующем виде:

• отличие вращающего момента ускоряющего асинхронного двигателя от момента, развиваемого при постоянной скорости тем больше, чем больше угловое ускорение;

• потокосцепление ротора и, следовательно, вращающий момент тем сильнее отличаются от величин, соответствующих мгновенному значению угловой скорости в установившемся режиме, чем больше изменение потокосцепления во времени и чем больше постоянная времени ротора

,

здесь L_r- переходная индуктивность ротора,R_r - активное сопротивление,- синхронная угловая скорость,s_к - критическое скольжение).

• динамическая зависимость момента от скольжения, M=f(s), асинхронного двигателя при ускорении его ротора весьма значительно отличается от зависимости, соответствующей установившемуся режиму, имеет, как правило, колебательный характер и расхождение между зависимостями, при отдельных величинах скорости вращения, может достигать даже величины критического момента.

При коммутациях возникают принужденная и свободная составляющие тока, магнитные поля которых, взаимодействуя друг с другом, создают переходный электромагнитный момент. Этот момент колебательного типа с максимальными значениями, намного превышающими рассчитанные моменты по статическим характеристикам. На рисунках представлены осциллограммы пуска асинхронных двигателей различных типов.

а) МТК-11-6 б) А51-6 в) А-51-4

Изучение осциллограмм и анализ физического процесса позволяет сделать следующие выводы:

• электромагнитный момент в переходных режимах содержит, кроме установившегося значения момента, апериодические и периодические составляющие затухающего характера, время влияния которых на момент определяется коэффициентами затухания свободных токов;

• максимальный ударный момент возникает в первые периоды включения питающего напряжения;

• на начальном этапе возникает колебательность переходного момента;

• электромагнитный процесс практически полностью затухает до скорости двигателя, соответствующей критическому скольжению;

• динамические моменты в режимах пуска и торможения могут достигать больших значений, в несколько раз превышающих критические моменты двигателя, рассчитанные по статическим характеристикам;

• изменение момента инерции и статического момента двигателя не влияет на величину максимального ударного момента, но определяет время затухания свободных составляющих момента;

• при пуске асинхронных двигателей с большими присоединенными маховыми массами или статическим моментом электропривод большее время работает в зоне малых скоростей, где малы коэффициенты затухания, и поэтому момент носит ярко выраженный колебательный характер со значительными амплитудами и большим числом пульсаций при замедленном затухании;

• увеличение сопротивлений обмоток ротора (или применение двигателей с повышенным скольжением) приводит к более быстрому затуханию переходных процессов;

• увеличение мощности двигателя сопровождается более существенным и длительным воздействием переходных электромагнитных моментов.

Максимальные ударные моменты могут достигать недопустимо больших значений, что влияет на надежность и долговечность электромагнитных систем, кроме того, переходные электромагнитные процессы существенно влияют на время протекания режима и путь, отрабатываемый при этом электроприводом, быстродействие, точность и стабильность отработки командных импульсов.