§ 2.6. Устойчивость работы электропривода

Электропривод представляет собой электромеханическую систему, которая должна работать устойчиво.

Примером устойчивой системы является детская игрушка «Ванька-встанька».

Если «Ваньку» наклонить, а затем убрать руку, игрушка качнется несколько раз в разные стороны, а затем замрет, вернувшись в прежнее положение.

Точно так же работают устойчивые системы.

Рассмотрим устойчивость электропривода.

В общем случае под устойчивостью системы ( в данном случае – электропривода )

понимают ее способность вернуться к прежнему или близкому к прежнему состоянию по-

сле кратковременного действия на нее внешнего возмущающего воздействия ( рис. 16 ).

. а ) б )

Рис. 16. Механические характеристики асинхронного двигателя ( а ) и двигателя параллельного возбуждения ( б )

В данном случае, под внешним возмущающим воздействием будем понимать изме-

нение исходного статического момента М на величину + Δ М или - Δ М.

Рассмотрим устойчивость работы привода в двух случаях:

1. в исходном состоянии двигатель работает в точке 1 на участке ВС своей механи-

ческой характеристики;

2. в исходном состоянии двигатель работает в точке 2 на участке АВ.

Для упрощения объяснения механическую характеристику механизма изобразим в виде вертикальной прямой М .

В первом случае асинхронный двигатель работает в точке 1 в установившемся ре-

жиме.

Для этой точки справедливо равенство моментов двигателя М = М .

Если кратковременно увеличить статический момент на величину + Δ М, до значе

ния М' = М + Δ М, двигатель за счет саморегулирования перейдет из точки 1 в точку 3.

В этой точке наступит установившийся режим, т.к. момент двигателя увеличился до значения, равного возросшему моменту механизма.

Если скачкообразно убрать внешнее воздействие, т.е. статический момент механиз-

ма уменьшить до прежнего значения М , то электромагнитный момент двигателя в пер-

вый момент времени не изменится.

Последнее объясняется тем, что из-за инерции якоря его скорость не может изме-

ниться мгновенно, т.е. в первый момент останется такой, как в точке 3.

Поэтому ( см. логическую цепочку выше ) противоэлектродвижущая сила обмотки якоря, а значит, ток якоря и электромагнитный момент двигателя останутся прежними, как в точке 3.

Значит, электромагнитный момент двигателя в точке 3 окажется больше статиче-

ского момента механизма ( точка 1 ), поэтому двигатель станет разгоняться по участку

3 -1 своей механической характеристики, возвращаясь из точки 3 в точку 1.

На этом участке скорость двигателя увеличивается, а момент уменьшается.

Как только двигатель, уменьшая свой момент, вернется в точку 1, переходный про-

цесс закончится, т.к. в этой точке вновь наступит равновесие двух моментов – двигателя и механизма ( М = М ).

Наоборот, при уменьшении исходного статического момента на величину - Δ М электродвигатель автоматически, за счет саморегулирования, также уменьшит свой элект-

ромагнитный момент и перейдет из точки 1 в точку 4.

В этой точке наступит равновесие моментов двигателя и механизма ( М' = М' ).

Если скачкообразно убрать внешнее воздействие, т.е. статический момент механиз-

ма увеличить до прежнего значения М , то электромагнитный момент двигателя в пер-

вый момент времени не изменится из-за инерции якоря ( см. саморегулирование ).

В результате этот момент ( точка 4 ) станет меньше тормозного статического ( точ-

ка 1 ), и двигатель станет тормозиться по участку 4 – 1 своей механической характеристи-

ки.

На этом участке момент двигателя увеличивается, и в точке 1 вновь наступит уста-

новившийся режим.

Таким образом, в любой точке отрезка ВС механической характеристики двигателя последний работает устойчиво.

Во втором случае асинхронный двигатель работает в точке 2 в установившемся ре-

жиме.

Для этой точки справедливо равенство моментов двигателя М = М .

Если кратковременно увеличить статический момент на величину + Δ М, до значе-

ния М' = М + Δ М, двигатель за счет саморегулирования перейдет из точки 1 в точку 5.

В этой точке наступит установившийся режим, т.к. момент двигателя увеличился до значения, равного возросшему моменту механизма.

Если скачкообразно убрать внешнее воздействие, т.е. статический момент механиз-

ма уменьшить до прежнего значения М , то электромагнитный момент двигателя М в первый момент времени не изменится, и он окажется больше тормозного статического.

Поэтому в последующие моменты времени двигатель станет разгоняться по участ-

ку 5- В -1 и в точке 1 вновь наступит равновесие моментов двигателя и механизма.

Таким образом, в рассмотренном случае двигатель не вернулся в точку 2 исходного режима, а перешел работать в точку 1 с повышенной против точки 2 скоростью.

Если же, начиная с точки 2, кратковременно уменьшить статический момент М

на величину - Δ М, двигатель перейдет за счет саморегулирования из точки 2 в точку 6, в которой наступит установившийся режим.

Если скачкообразно убрать внешнее воздействие, т.е. статический момент механиз-

ма увеличить до прежнего значения М , то электромагнитный момент двигателя М в пер

вый момент времени не изменится, и он окажется меньше тормозного статического.

Поэтому в последующие моменты времени двигатель станет тормозиться по участ-

ку 6 – А, и в точке А остановится и перейдет в режим стоянки под током.

Таким образом, и в этом случае двигатель не вернулся в точку 2 исходного режима,

а перешел в точку А с пониженной против точки 2 скоростью, равной нулю.

Таким образом, в любой точке отрезка АВ механической характеристики двигателя последний работает неустойчиво.

Получим условие устойчивости асинхронного двигателя.

На участке ВС ( устойчивая работа ) жесткость механической характеристики

β = < 0,

т.е. при увеличении момента М ( ΔМ > 0 ), например, при переходе из точки 1 в точку 3, скорость уменьшается ( Δω < 0 ), и наоборот.

На участке АВ ( неустойчивая работа ) жесткость механической характеристики

β = > 0,

т.е. при увеличении момента М ( ΔМ > 0 ), например, при переходе из точки 2 в точку 5 скорость также увеличивается ( Δω > 0 ), и наоборот.

Таким образом, двигатель работает устойчиво на участке механической характери-

стики, где жесткость отрицательна ( β < 0 ) и неустойчиво на участке, где жесткость положительна ( β > 0 ).

Более подробно устойчивость работы асинхронного двигателя рассматривается ниже ( см. §*** «Опрокидывание асинхронного двигателя» ).

Сравним устойчивость асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока с па-

раллельным возбуждением ( рис. 16, б ).

Рассуждая аналогично, можно показать, что при увеличении статического момента

на величину + ΔМ двигатель постоянного тока перейдет из исходной точки 1 в точку 2, в которой наступит установившийся режим.

Если скачкообразно убрать внешнее воздействие, т.е. статический момент механиз-

ма уменьшить до прежнего значения М , то электромагнитный момент двигателя М в первый момент времени окажется больше статического.

Поэтому в последующие моменты времени двигатель станет разгоняться по участ-

ку 2 – 1, и в точке 1 переходный процесс закончится.

В этой точке вновь наступит установившийся режим.

Наоборот, при уменьшении статического момента на величину – ΔМ двигатель пе-

рейдет из исходной точки 1 в точку 3, в которой наступит установившийся режим.

Если скачкообразно убрать внешнее воздействие, т.е. статический момент механиз-

ма увеличить до прежнего значения М , то электромагнитный момент двигателя М в пер

вый момент времени не изменится, и он окажется меньше тормозного статического.

Двигатель станет тормозиться по участку 3 – 1 своей механической характеристи-

ки.

На этом участке момент двигателя увеличивается.

В точке 1 вновь наступит установившийся режим.

Таким образом, двигатель с параллельным возбуждением работает устойчиво в лю

бой точке своей механической характеристики, что выгодно отличает его от асинхронного двигателя.