книги / Моделирование переходных процессов в полюсопереключаемых асинхронных двигателях

кого броска на 75 %. Пренебрежение четвертой гармо­ никой МДС вызывает уменьшение времени разгона на 12 %, повышение положительного броска момента на

никает при определении отрицательного броска момента в случае пренебрежения незатухшими полями. Ввиду существенного влияния на динамические характерис­ тики четвертой гармоники МДС и незатухших полей дальнейшие расчеты про­ водились с учетом влия­ ния этих факторов.

Уравнительные токи вобмоткеу Y у / у Y у . Исследуем серийный двигатель 4А10018/6УЗ, имеющий двухскорост­ ную'обмотку статора со схемой У У У / У У У

[64].Обмотка состоит

из 9 ветвей, схема их

сопряжения приведена Рис. 15. Схема соединения ветвей

на рис. 15. При подаче питания на выводы Л8,

обмотки YYY/YYY .

Вв, Св обмотка создает магнитное поле с 8 полюсами, а

на основании полученной математической модели прове­ ден расчет статических характеристик. Сравнение с ка­ таложными данными показало, что расхождение состав­ ляет 5—14 %. При расчете принимались во внимание лишь основные пространственные гармоники МДС, по­

лельных ветвях равны по амплитуде и фазе. Если 2р-8, токи параллельных ветвей не равны и в контурах обмот­ ки циркулируют уравнительные токи. Их значения мож­

Наличие уравнительных токов усложняет анализ переходных процессов при переключении с 2р-8 на 2р-6„

поскольку в замкнутых контурах обмотки статора продолжают циркулировать токи после отключения

исследования процессов в обмотке Y У У /Y Y У при от­ ключенном питании воспользуемся данными табл. I Хп. И). Значения уравнительных токов в контурах обмот­ ки статора после отключения питания найдем на основе принципа постоянства потокосцепления замкнутых кон­ туров при коммутации (см. параграф 6 второй главы). Расчет токов ветвей после отключения питания от Лб,

Св показал, что они равны нулю. Это подтверждает

Послекоммутационные токи, рассчитанные при отклю­

что взаимодействие этих токов с незатухшим полем ро­ тора в режиме свободного выбега приводит к образованию тормозного электромагнитного момента двигателя.

Глава пятая

ПРИМЕРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ

Разработанные и приведенные в данной работе матема­ тические модели эффективны на стадии проектирования полюсопереключаемых асинхронных двигателей и при­ водов на их основе. Быстрая и достаточно точная оценка

сих помощью влияния электромагнитных параметров, структуры схемы сопряжения фаз, начальных условий

идругих факторов оказывает существенную помощь исследователям, конструкторам и эксплуатационникам при оценке и выборе систем электропривода с полюсо­ переключаемыми двигателями. Информация о переход­ ных режимах позволяет оптимальным образом: выбирать механические элементы привода, определять параметры пускорегулирующей аппаратуры и систем автоматичес­ кого регулирования, устанавливать режим эксплуатации,

сучетом получаемого прогноза надежности проектиро­ вать весь привод целиком.

Режимы работы полюсопереключаемых двигателей

связаны с процессами переключения полюсов. Они, а также возможные несимметрия параметров и мощный спектр высших гармоник МДС вносят неопределенность в протекание переходных процессов. На результирую­ щие характеристики оказывают влияние фазы напряже­ ний и токов в момент коммутации, величины пауз в процессе переключения, последовательность переключе­ ния контактов. Математическое моделирование позво­ ляет провести анализ с учетом перечисленных факторов и для повышения эффективности работы двигателя в переходных режимах разработать необходимый алго­ ритм управления коммутирующей аппаратурой.

Важная характеристика переходного процесса — энергия, выделяющаяся в проводниках обмоток. При рас­

суммированием на каждом шаге расчета переходного процесса численным методом. К величине потерь на пре­ дыдущем шаге добавляется произведение величины шага по времени на полусумму мгновенных потерь на текущем, и предыдущих шагах.

1. Пуск двигателя с обмоткой Д /А А

В качестве примера исследуем пусковые режимы двига­ теля с обмоткой А /А А и разработаем рекомендации по их совершенствованию. Расчеты проведем для полюсо­ переключаемого двигателя с отношением чисел полю­ сов 6/4, выполненного на базе А02-62-4, при пуске вхо­ лостую.

Разгон двигателя до наибольшей частоты вращения при неизменном сетевом напряжении возможен двумя

е А на Д А . На рис. 16, а приведены расчетные динами­ ческие механические характеристики прямого и двух­ ступенчатого пусков. При вычислении этих характерис­ тик учитывались 2-я, 3-я, 4-я гармоники МДС. Длитель­

что двухступенчатый пуск позволяет уменьшить потери энергии на 12,5 %. Поскольку время разгона при этом больше в 3,19 раза, мощность потерь в проводниках об­ моток при двухступенчатом пуске меньше, чем при од­ ноступенчатом, в 3,5 раза.

При пренебрежении четвертой гармоникой МДС двух­ ступенчатый пуск также происходит с меньшими потеря­ ми энергии, чем одноступенчатый. Результаты расчета одноступенчатого и двухступенчатого пусков для этого случая показаны на рис. 16, б. Время разгона прямого пуска составляет 0,122 с, потери — 3650 Дж. При двух­ ступенчатом пуске разгон происходит за 0,382 с (0,34 с + + 0,042 с) при потерях 2735 Дж (1720 Дж -+- 1015 Дж). Во время двухступенчатого пуска энергии выделяется меньше на 25,1 %, средняя мощность потерь меньше в 4,18 раза. Выполненные расчеты позволяют оценить влия­ ние на характеристики прямого пуска четвертой гармо­ ники МДС. Хотя при пренебрежении ею пуск происходит

Рис. 16. Расчетные динамические механические характеристики пуска двигателя А 02 -62-6/4 с учетом 2-й, 3-й, 4-й гармоник МДС (а) и 2-й, 3-й гармоник МДС (б):

/ — прямой пуск, 2 — двухступенчатый пуск.

на 3 % быстрее, потери энергии больше на 7 %. Это объясняется увеличением времени разгона при больших

и ротора наблюдается отрицательный бросок электро­ магнитного момента двигателя и, следовательно, кратко­ временное уменьшение частоты вращения ротора. Ве­ личина отрицательного броска является функцией фазы

.токов в момент замыкания контактов. Для исследования этой зависимости с помощью разработанной математи­ ческой модели рассчитан установившейся режим работы с номинальной частотой вращения ротора (102 с~1) при 2р = б. В результате получены кривые изменения токов в течение одного периода. Кривые изменения токов ста­ тора приведены на рис. 17, а. При изменении момента времени переключения полюсов и в соответствии с ним —

начальных значений токов статора и ротора рассчитаны кривые переходного процесса разгона двигателя, полу­ чены зависимости параметров переходного процесса от фазы токов статора при замыкании контактов (рис. 17, б). Кривая tp соответствует изменению времени разгона

Рис. 17. Параметры переходного процесса переключения полюсов двигателя А02-62-6/4 в функции фазы токов статора в момент замыка­ ния контактов:

нение энергии, выделяемой в обмотках двигателя в про­ цессе разгона, показано кривой Wr. Величина положитель­ ного максимума момента практически не зависит от фазы

переключения. Кривая М“ достигает наибольшего зна­ чения через 0,625 мс после достижения максимума тока isc> Максимумы кривых времени разгона и энергии, вы­ деляемой в обмотках, совпадают во времени с максиму­ мом кривой М™, что соответствует физической природе исследуемых процессов.

Благоприятный момент переключения* с точки зре­ ния минимума потерь энергии при пуске, наступает

через 1,25 мс после изменения знака тока 1ав на положительный. При неблагоприятном моменте переключения потери за пуск оказываются большими на 25 %.

При расчете зависимостей (рис. 17) начальные условия переходного. процесса определялись на основании зна­ чений токов установившегося режима при 2р = 6. Ка­ чественный характер этих зависимостей сохраняется и в случае определения начальных условий переходного процесса разгона двигателя при 2р = 4 по токам пере­ ходного процесса разгона при 2р — 6. Для подтвержде­ ния этого положения на рис. 18 приведены расчетные

динамические механические характеристики режима пе­ реключения полюсов. Начальные условия переходногЬ процесса определены для восьми моментов времени за­ ключительного этапа разгона двигателя при 2р = б (см. рис. 16, б, кривая 2). Эти моменты указаны на рис. 19 совместно с расчетными кривыми токов статора. Анализ рис. 18, 19 показывает, что изменение величины отри­ цательного броска электромагнитного момента в зави­ симости от фазы токов статора при зимыкании контактов имеет характер, аналогичный приведенному на рис. 17. Различие в амплитудах бросков электромагнитных моментов обусловлено начальными условиями разгона.

Важными вопросами, подлежащими изучению при исследовании переходных процессов в двигателях, яв­ ляются режим работы пускорегулирующей аппаратуры и токи переходных режимов в питающей сети. Для их оценки необходимо знать пиковые значения токов и, с целью определения тепловых нагрузок, значение сред­ неквадратичного тока за исследуемый отрезок времени. Асинхронный двигатель со статорной обмоткой Д / Д Д

для подключения двигателя к питающей сети, а второй,— для переключения полюсов. Результаты исследования нагрузок пускателей в переходных режимах приведены в табл. 3. Полученные данные свидетельствуют о том» что пускатель переключения числа полюсов в переход­ ных режимах имеет примерно вдвое меньшую нагрузку, чем пускатель подключения к сети. Неравномерность нагрузки по фазам пускателей составляет примерно 25 %.

2. Пуск двигателя с обмоткой Y Y Y /Y Y Y

Анализ пусковых характеристик проведен для серийного двигателя 4А1007,8/6УЗ при постоянном моменте со­ противления, равном номинальному. Приведенный к валу

двухступенчатого пуска показаны на рис. 21, а. Разгон при 2р = 8 происходит до частоты вращения 70,7 с-1 . Длительность разгона— 0,155 с, потери энергии — 610 Дж. После отключения питания от выводов Л8, С8 в обмотке статора продолжают циркулйровать урав­

нительные токи. Их взаимодействием с иезатухшим полем ротора объясняется наличие тормозного момента в период паузы. За 0,08 с частота вращения ротора уменьшается до 45,6 с*”1. При этом потери энергии со­ ставляют 11,8 Дж. При подключении питания к выводам А а, BQl Св дальнейший разгон осуществляется за 0,16 о при потерях 422 Дж. Полное время двухступенчатого пуска равно 0,395 с, потери энергии — 1043,8 Дж.

Двухступенчатый пуск при разгоне с 2р = 8 до час­ тоты вращения ротора 76,6 с-1 показан на рис. 21, б. Продолжительность разгона и потери энергии при 2р =*

Анализ кривых на рис. 21, а, б показывает, что пау­ за оказывает существенное влияние на характер пере­ ходного процесса. Хотя во время самой паузы выделение энергии в проводниках мало, снижение частоты враще­ ния весьма велико, и повторный разгон связан со зна­ чительными потерями энергии.

Расчетная динамическая механическая характерис­ тика двухступенчатого пуска с временем паузы, равным