1.11. Устойчивость работы электропривода

Электропривод представляет собой электромеханическую систему, которая должна работать устойчиво.

Электропривод работает устойчиво в установившемся режиме.

Напомним, что установившимся режимом электропривода называется такой, при котором скорость привода не изменяется, потому что вращающий электромагнитный мо-

мент двигателя механизма равен тормозному моменту механизма:

М = М .

Поясним это на примере ( рис. 8.10, а ).

Рис. 8.10. Совмещенные механические характеристики электродвигателя и механизмов

На рис. 8.10, а изображены механические характеристики: электродвигателя 1; лебедки ( крана ) 2; центробежного насоса 3.

Точка пересечения механических характеристик электродвигателя и механизма как

раз и соответствует установившемуся режиму работы привода, потому что именно в этой точке угловая скорость электродвигателя равна угловой скорости механизма, и, аналогич-

но, вращающий электромагнитный момент двигателя равен тормозному моменту механиз

ма.

Пусть один и тот же электродвигатель, имея механическую характеристику 1, по-

очередно используется в электроприводе крана ( характеристика 2 ), а затем - насоса ( ха-

рактеристика 3 ).

Тогда двигатель будет работать устойчиво либо со скоростью ω ( кран ), либо со скоростью ω ( насос ).

Для проверки устойчивости систему надо перевести из статического режима рабо-

ты в динамический, создав внешнее возмущающее воздействие.

Таким воздействием может служить: для лебедки скачкообразное увеличение веса груза, для насоса – скачкообразное изменение степени открытия клапана.

Напомним, что систему называют устойчивой, если она, будучи выведена из состо-

яния равновесия и предоставлена самой себе, с течением времени вернется к старому уста

новившемуся состоянию или перейдет в новое такое состояние.

На устойчивость электроприводов влияет множество факторов, к основным из ко-

торых относятся:

1. эксплуатационные характеристики электродвигателей;

2. изменение параметров питающей сети и самого двигателя.

Рассмотрим поочередно действие каждого из перечисленных факторов на устойчи-

вость работы электропривода

1.12. Влияние на устойчивость работы электродвигателя его эксплуатацион-

ных характеристик

В качестве примера рассмотрим основную эксплуатационную характеристику асин

хронного электродвигателя – механическую ω ( М ), т.е. зависимость угловой скорости двигателя от его электромагнитного момента ( рис. 8.10, б )..

На этой характеристике выделим два участка – рабочий 9-3 и нерабочий 3-6.

На участке 9-3 двигатель работает устойчиво, на участке 3-6 – неустойчиво.

Объясним сказанное более подробно.

Вначале рассмотрим участок 9-3.

Пусть двигатель устойчиво работает в точке 4, т.е. со скоростью ω и электромаг-

нитным моментом М = М .

Внесем в работу двигателя внешнее возмущение, а именно: с помощью сторонних

( например, механических ) сил разгоним двигатель до точки 7, после чего уберем эти силы.

Как после этого поведет себя двигатель?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо сравнить величину двух моментов – вращаю-

щего электромагнитного двигателя М и тормозного статического механизма М .

Если в точке 4 оба момента были одинаковы ( это обеспечивало установившийся режим работы привода с постоянной скоростью ), то в точке 7 электромагнитный момент М двигателя уменьшился, а тормозной статический М не изменился.

Иначе говоря, в точке 7 тормозной момент М оказался больше вращающего М.

В результате двигатель начнет тормозиться по участку 7-4, причем по мере прибли-

жения к точке 4 электромагнитный момент двигателя возрастает и в точке 4 снова уравня-

ется со статическим.

В точке 4 вновь наступит установившийся режим.

Таким образом, на участке 4-7 двигатель, выведенный внешним возмущением из установившегося режима, вернулся в прежнее состояние после прекращения действия внешнего возмущения.

Значит, на участке 4-7 асинхронный двигатель работает устойчиво.

Рассуждая аналогично, можно показать, что так же устойчиво двигатель работает на участке 4-8. На этом участке сторонними силами надо тормозить ротор двигателя до точки 8, в которой момент двигателя М станет больше статического М . В результате,

после прекращения действия внешнего возмущения, двигатель станет разгоняться и вер-

нется в точку 4.

Теперь рассмотрим работу двигателя на участке 3-6.

Пусть двигатель устойчиво работает в точке 1, т.е. со скоростью ω' и электромаг-

нитным моментом М = М .

Внесем в работу двигателя внешнее возмущение, а именно: с помощью сторонних

( например, механических ) сил разгоним двигатель до точки 2, после чего уберем эти си-

лы.

Сравним в точке 2 величину двух моментов – вращающего электромагнитного дви

гателя М и тормозного статического механизма М .

В этой точке электромагнитный момент М двигателя увеличился, а тормозной ста-

тический М не изменился.

Иначе говоря, в точке 2 вращающий момент М оказался больше тормозного момен

та М .

В результате двигатель начнет разгоняться по участку 2-3-8-4 до точки 4, в которой наступит установившийся режим.

Таким образом, в результате действия внешнего возмущения двигатель не вернулся в старое, исходное состояние ( точка 1 ), а перешел в новое установившееся ( точка 4 ).

Значит, работа двигателя на участке 1-3 – неустойчива.

Рассуждая аналогично, можно показать, что так же не устойчиво двигатель работа

ет на участке 1-6.

Если двигатель перевести из точки 1 в точку 5, принудительно затормозив ротор сторонними силами, то в точке 5 электромагнитный момент двигателя станет меньше ста-

тического. Поэтому, если убрать внешние силы, двигатель станет тормозиться и остановит

ся в точке 6. В этой точке наступит установившийся режим стоянки под током.

Таким образом, в результате действия внешнего возмущения двигатель не вернулся в старое, исходное состояние ( точка 1 ), а перешел в новое установившееся ( точка 6 ).

Значит, работа двигателя на участке 1-6 – неустойчива.

Получим условие устойчивой и неустойчивой работы асинхронного двигателя.

На участке 9-3 ( устойчивая работа ) жесткость механической характеристики

α = < 0,

т.е. при увеличении момента М ( ΔМ > 0 ), например, при переходе из точки 7 в точку 4, скорость падает ( Δω < 0 ), и наоборот.

На участке 3-6 ( неустойчивая работа ) жесткость механической характеристики

α = > 0,

т.е. при увеличении момента М ( ΔМ > 0 ), например, при переходе из точки 1 в точку 2 скорость также увеличивается, ( Δω > 0 ), и наоборот.

Таким образом, двигатель работает устойчиво на участке механической характери

стики, где жесткость отрицательна (α < 0 ) и неустойчиво на участке, где жесткость поло-

жительна ( α > 0 ).