1.6.5 Построение нагрузочной диаграммы при совместной работе двигателя с маховиком

Построение действительной нагрузочной диаграммы электропривода с маховиком – это расчет кривых механических переходных процессов при набросе и сбросе нагрузки при . Покажем это на примере произвольной пиковой нагрузочной диаграммы и укажем некоторые особенности этого решения.

Построение нагрузочной диаграммы ведется по уравнению:

, (1.25)

которое справедливо для электродвигателей с линейной механической (электромеханической) характеристикой. Здесь Х – фазовая координата (момент, ток, скорость, скольжение), меняющаяся при механическом переходном процессе.

Например, для показанной на рисунке 1.16 нагрузочной диаграммы для первых трех участков ее можно записать:

I-й участок: ,

II-й участок: ,

III-й участок: .

Как видно из построения, нагрузочная диаграмма двигателя при учете действия маховика получается значительно выровненной.

Указанное построение не сложно, но громоздко, так как требует расчета всех элементов выровненной нагрузочной диаграммы.

Значительно упростить и ускорить построение нагрузочной диаграммы можно, если воспользоватьсяметодом шаблона.

Этот метод основывается на следующем:

при неизменной величине электромеханической постоянной времени Т_М электропривода все экспоненциальные кривые с различными конечными установившимися значениями фазовых координат (М, I, ω, s) и с различными начальными ординатами представляют собой отрезки экспоненты, имеющей нулевую начальную ординату и наибольшую конечную ординату, соответствующую установившемуся режиму. Доказательство этого утверждения приведено в [3].

Шаблон для построения нагрузочной диаграммы маховичного электропривода показан на рисунке 1.17.

Метод пользования шаблоном пояснен на рисунке 1.18. Можно пользоваться и одинарным шаблоном с переворачиванием его на 180° при построении нагрузочной диаграммы.

Построив нагрузочную диаграмму, надо сделать с ее помощью проверку двигателя на нагрев, определив эквивалентный момент М_Э, и на перегрузку, как это будет показано далее.

Возможно и аналитическое решение для определения М_Э для частного случая регулярного графика пиковых нагрузок (одинаковые пики М_С через равные паузы). Однако аналитические формулы для этого случая столь сложны, что лучше построить нагрузочную диаграмму, воспользовавшись методом шаблона.

1.6.6 О механических характеристиках двигателей, необходимых для маховичного электропривода

Для возможности хорошей отдачи энергии маховиком или накопления им энергии надо, чтобы характеристика двигателя была бы достаточно мягкой, чтобы велика была разность перепада скоростей Δω при пике нагрузки. Такую характеристику имеют двигатели постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением, асинхронные двигатели с дополнительным сопротивлением в цепи ротора или с повышенным скольжением. Можно и для двигателей постоянного тока с независимым возбуждением смягчить механическую характеристику, введя добавочное сопротивление в цепь якоря.

Но естественная мягкая механическая характеристика невыгодна, так как при этом вне зависимости от величины пика нагрузки будет снижаться скорость электропривода, то есть теряться производительность механизма (это характерно, например, для прокатных станов).

Таким образом, характеристика типа «А» на рисунке 1.19 невыгодна. Лучше иметь характеристики типа «Б» или «В». Предпочтительна характеристика типа «В» (лестничная). Она проще реализуется с помощью так называемых «ограничителей нагрузки» (жидкостных или контакторных), которые при пике нагрузки вводят в цепь ротора асинхронного двигателя добавочное сопротивление. Таким образом, с помощью ограничителя нагрузки можно смягчить механическую характеристику только на период пика нагрузки, сделать большим перепад скоростей Δω и при меньшем J_М лучше выровнять нагрузочную диаграмму, забирая у маховика больше энергии. Это удешевляет электропривод за счет меньших габаритов маховика. Кроме того, до пика нагрузки двигатель работает на жесткой характеристике, что уменьшает потери в роторных сопротивлениях.

В процессе исторического развития электропривода были разработаны жидкостный ограничитель нагрузки (для мощностей более 2,5-3 тыс. кВт), а также контакторный ограничитель нагрузки (для мощностей асинхронных двигателей до 2-2,5 тыс. кВт). В настоящее время эти ограничители нагрузки не применяются и промышленностью не выпускаются. С принципом их действия и конструкцией можно ознакомиться, изучая историю развития электропривода [3].

В современных электроприводах, работающих с резкопеременным статическим моментом, для выравнивания нагрузки используются системы вентильно-машинных или асинхронно-вентильных каскадных установок [1], принцип действия которых рассмотрен в разделе курса «Регулирование электроприводов».