Статические характеристики электропривода

Выясним сначала, как выглядит механическая характеристика электропривода n = f(M). Рассматриваемый электропривод выполнен по схеме подчиненного регулирования, поэтому формирование его режимов на участке рабочих нагрузок, где достигается n = const, и на участке ограничения момента, где M = const, аналогично рассмотренным ранее системам подобной структуры (электропривод постоянного тока, синхронный частотнотоковый).

Для построения же других характеристик: I_d = f(M) и U_d = f(M) – тока и напряжения управляемого выпрямителя UZ1 (которые соответствуют току и напряжению на статоре синхронного двигателя) при изменении момента MS, – полезно воспользоваться векторными диаграммами синхронного двигателя. Рассмотрим два варианта формирования электромагнитного момента:

• ток возбуждения ротора постоянный,

• ток возбуждения регулируется пропорционально току статора.

В первом случае векторный треугольник потокосцеплений в синхронном двигателе формируется таким образом, что контролируются следующие его параметры: длина вектора _Р, которая остается постоянной при изменении момента , а также угол  , _С между векторами потокосцеплений в зазоре  и статора _С. Постоянство названного угла при изменении нагрузки обусловлено постоянством установленного угла инвертирования в преобразователе UZ1, из-за чего примерно постоянным остается угол между векторами фазных ЭДС и тока двигателя. В результате при изменении нагрузки на валу двигателя вершина моментного треугольника, противолежащая вектору _Р, перемещается по дуге окружности, опирающейся на этот вектор (рис. 5.14 а). Это приводит к тому, что предельная величина момента, развиваемого двигателем, оказывается ограниченной, а сам двигатель при перегрузках может выпасть из синхронизма.

Во втором случае при изменении величины электромагнитного момента отношение длин векторов _Р и _С остается постоянным, а угол между векторами _Р и _С (в том случае, когда угол инвертирования в преобразователе UZ1 задается от датчика положения ротора ДПР) или векторами  и _С (когда поддерживается постоянство угла управления  в вентильном преобразователе UZ1) поддерживается неизменным. Поэтому при изменении момента на валу двигателя треугольники векторов потокосцеплений оказываются подобными (рис. 5.14 б). В результате площадь моментного треугольника может при увеличении нагрузки неограниченно увеличиваться, т.е. теоретически вентильный двигатель может создать неограниченно большой электромагнитный момент. Конечно, те причины, на которые указывалось в частотнотоковом синхронном электроприводе (ограничение по механической прочности ротора и нагреву его обмотки), остаются. Наблюдается также и насыщение магнитной системы двигателя при перегрузках по моменту, которое может вызвать чрезмерное увеличение тока намагничивания в обмотке статора. Необходимо также не забывать, что при чрезмерно больших токах инвертирования, когда в вентильном преобразователе растет угол коммутации тиристоров, всегда есть опасность прорыва инвертора.

Технически формирование моментного треугольника по второму закону можно осуществить двумя способами: или подключением обмотки возбуждения к регулируемому возбудителю, выходной ток которого регулируют пропор­ционально току нагрузки преобразователя UZ2, или обмотку возбуждения двигателя включают в цепь постоянного тока двухзвенного преобразователя. В этом случае (рис. 5.13) обмотка L выполняет и роль сглаживающего дросселя и в то же время ее ток пропорционален току статора двигателя.

Механическая характеристика синхронного электропривода в схеме вентильного двигателя (рис. 5.15 а) имеет характерные для систем подчиненного регулирования два участка: на участке 1 достигается поддержание заданной скорости электропривода, а на участке 2 – ограничение максимального момента, развиваемого двигателем, за счет работы длока ограничения БО А3 в регуляторе скорости РС. Статическая характеристика I_d = f(M) имеет вид параболы, вытянутой вдоль оси М (рис. 5.15 б), так как площади подобных моментных треугольников пропорциональны квадратам длин их сторон, т.е. токам статора, ротора и намагничивающему.

Статическая характеристика U_d = f(M) содержит два участка (рис. 5.15 в). На участке 1, где поддерживается постоянство скорости электропривода, величина ЭДС двигателя пропорциональна потокосцеплению в зазоре двигателя , т.е. изменяется по параболе. На участке 2, где  = const, а скорость снижается, пропорционально скорости снижается и статорная ЭДС двигателя. Напомним, что статические характеристики (рис. 5.15) построены при неучете падения напряжения в силовых цепях статора двигателя.