книги / Моделирование переходных процессов в полюсопереключаемых асинхронных двигателях

нулю, показана на рис. 21, в. Полюса переключаются при со, = 76,6 С '1. Время и потери энергии при 2р — 6 составили соответственно 0,11 с и 184 Дж. В целом пуск произошел за 0,295 с при потерях 821 Дж.

Стремление уменьшить до минимума время паузы может привести к одновременному подключению к сети по обоим числам полюсов. Такой режим должен анали­ зироваться с учетом присущих ему особенностей. По­

скольку в этом случае токи всех ветвей статора неза­ висимы, нет необходимости корректировать систему уравнений электрического равновесия с помощью мат­ риц [к*], [к„] (табл. Г, п. 10).

Расчетные динамические механические характерис­ тики переходного процесса подключения питания к вы­ водам А в, B Q, С0 без отключения его от выводов Л8, Вв, С8 приведены на рис. 22. После завершения разгона с 2р ~ 8 до <аг — 76,6 с-"1 подключается питание к вы­ водам второго числа полюсов. Сразу после подключения наблюдается значительный отрицательный бросок элект­ ромагнитного момента, превосходящий номинальный момент в 10 раз. Данный бросок обусловлен преимущест­ венно рабочей (четвертой) гармоникой МДС. Коэффи­ циент насыщения магнитной цепи по этой гармонике в момент броска достигает 4,74.

График электромагнитного момента, показанный на рис. 22, рассчитан без учета влияния нелинейности элект­ рических параметров на запас магнитной коэнергии,

поскольку насыщение магнитной цепи преимущественно невелико и погрешность незначительна. Однако во время отрицательного броска электромагнитного момента его величина нуждается в уточнении. Предположим, что погрешность в результате пренебрежения влиянием нелинейности электромагнитных параметров на магнит­ ную коэнергию при определении электромагнитного момента зависит от коэффициента насыщения магнитной цепи так же, как на рис. 6 и 7. В этом случае при к^ = = 4,74 погрешность составляет 35 %. Уточненное зна­ чение броска электромагнитного момента будет равно 140 Н • м.

Из-за возможности значительных бросков электро­ магнитного момента рассмотренный режим подключе­ ния питания по новому числу полюсов без отключения его по прежнему числу является аварийным.

После завершения переходного процесса, сопровож­ дающего подключение питания к зажимам А 0, В а, Са без отключения его от Лй, В 8, С8, двигатель работает с частотой вращения ротора 82,6 с—1, т. е. суммируются механические характеристики для обоих чисел полюсов.

Для сравнения двухступенчатого пуска с одноступен­ чатым рассмотрим рис. 23, 24. На них в функции часто­ ты вращения ротора, при которой происходит переклю­ чение, построены зависимости длительности переходного процесса и выделяющейся энергии. На рис. 23 обозначе­

наличии паузы продолжительностью 0,08 с; /д.п (/„ = 0 ) —

обозначает превышение времени двухступенчатого пус­ ка над временем одноступенчатого пуска при паузе дли­ тельностью 0,08 с, %, кривая At (tn = 0) — сокращение времени двухступенчатого пуска без паузы по сравнению с одноступенчатым, %. На рис. 24 обозначены: W — кривые потерь энергии, выделяющейся в переходных режимах; Aw — экономия энергии при двухступенчатом

0,08 с. Расшифровка индексов аналогична рис. 23. Анализ рис. 23,24 показывает, что с увеличением час­

тоты вращения, при которой переключаются полюса, длительность двухступенчатого пуска растет, а поте[И

Рис. 23. Временные характернстики режима двухступенчатого пус* ка двигателя 4АЮ0Л8/6УЗ.

энергии уменьшаются. Наиболее экономичным оказы­ вается двухступенчатый пуск при отсутствии паузы с переключением при наибольшей частоте вращения ротора' В этом случае потери энергии на 28 % меньше по сравне­ нию с одноступенчатым пуском, а время разгона со­ храняется примерно то же. Уменьшение времени пуска наблюдается при отсутствии паузы и уменьшении час­ тоты вращения ротора, при которой переключаются полюса. При соЛ= 70,7 с-1 —А* «= 7,7 %. С увеличе­ нием времени паузы уменьшается целесообразность замены прямого пуска при 2р = б двухступенчатым. Так, например, увеличение tn с нуля до 0,08 с умень­ шает сокращение потерь энергии в два раза — с 28 % до 14 %.

3. Двухступенчатый асинхронный пуск синхронного двигателя большой мощности

Надежность работы ряда технологических установок в значительной мере определяется надежностью двигателей в пусковых режимах, например на надежность работы газоперекачивающих станций магистральных газопро­ водов существенно влияет надежность двигателей ком-

Рис. 25. Схема соединения ветвей односкорост­ ной обмотки.

прессоров, часто выходящих из строя в результате пере­ грева роторов в пусковых режимах.

Замена прямого пуска двигателя ступенчатым пуском с помощью полюсопереключаемой обмотки статора поз­ воляет уменьшить пусковые потери в двигателе. В дан­ ном параграфе на основании математического модели­ рования проводится оценка замены прямого пуска син­ хронного двигателя мощностью 12500 кВт двухступен­ чатым пуском с помощью полюсопереключаемой обмотки на отношение чисел полюсов 4/2, с точки, зрения эффек­ тивности снижения пусковых потерь.

Асинхронный пуск исследован для двигателя со сле­ дующими параметрами, см: величина воздушного за­

зора — 2,5; радиус расточки статора — 33; длина паке­ та статора — 180; длина пакета ротора — 220; высота спинки статора — 17; высота спинки ротора — 15; вы­ сота зубца статора — 9; высота зубца ротора — 15; ширина паза статора — 2; число зубцов статора — 48; ротора — 32. Напряжение сети — 10000 В. Индуктив­ ность внешней цепи — 0,00223 Гн. Обмотка статора двухслойная, выполнена с шагом 20, число витков в сек­ ции — 2. Схема соединения ветвей обмотки с указанием их номеров, номеров секций по ветвям и выбранных по­ ложительных направлений токов показана на рис. 25. Независимыми приняты токи в 1-й и 2-й ветвях, матрицы

обмотка возбуждения ротора замкнута на балластное сопротивление и практически не влияет на пусковые про­ цессы, синхронный двигатель эквивалентирован асин­ хронным. Статор остается без изменений, а параметры ротора приняты такими, чтобы статические механиче­ ская и токовая характеристики соответствовали реаль­ ным. Расчетные механическая и токовая характеристи­ ки, а также зависимость момента нагрузки от частоты вра­ щения ротора, исполь­ зуемая при анализе переходных режимов, приведены на рис. 26.

Для осуществле­ ния двухступенчатого пуска рассмотрен ва­ риант применения по­ люсопереключаемой

витков в секции — 4. При 2/; = 4 ветви сое­ динены по схеме «звез­ да» (рис. 27, а). Ма­ трицы [к*], [KJ , [K/вц],

Рис. 26. Механическая, токовая расчетные харак­ теристики и зависимость момента нагрузки от час­ тоты вращения ротора.

[кцвц1, luc] соответствуют матрицам табл. 1 (п. 1). Для создания двухполюсного магнитного поля вершины «звез­ ды» отключают от сети и соединяют с нулевой точкой. К сети подключают вершины образовавшейся «двойной

Спектр гармоник МДС, подлежащих'учету при анали­ зе переходных процессов в двигателе с обмоткой у/уу, выбирается по результатам расчета пусковых моментов.

У V Н м M j-io*. Н м

цесс третьего этапа зависит от фазы повторно включен­ ного напряжения, изменяющейся от 0 до 6,28 рад.

В табл. 6 сведены результаты расчета пускового ре­ жима двигателя при односкоростной обмотке и полюсо­

полюсов 4/2. Расчеты проведены при нескольких значе­ ниях шага обмотки. Для каждого этапа даны время пере­ ходного процесса, частота вращения ротора и потери в конце этапа. Счет завершался при достижении частоты вращения ротора о>, = 299 с-1. Суммарные значения вре­ мени и потерь энергии двухступенчатого пуска приведе­ ны в абсолютных величинах и в процентах от значений

односкоростного пуска G рассматриваемым шагом

двигателя путем контроля фазы ЭДС, наводимой в обмот­ ках статора потоком незатухшего магнитного поля боль­ шего числа полюсов. Номинальная мощность, параметры и характеристики двигателя с обмоткой у/уу на высшей скорости практически не отличаются от соответствую­ щих двигателю с односкоростной обмоткой, выполненной с тем же шагом. Рациональный выбор значения шага полюсопереключаемой обмотки по пазам статора по­ зволяет уменьшить пусковые потери за счет подавле­

30—36 %).

Как видно из рассмотренных примеров формиро­ вания переходных режимов, математическое модели­ рование позволяет разрабатывать рекомендации, вне­ дрение которых, существенно повышает технико-эко­ номические характеристики приводов. Кроме того, ма­ тематическое моделирование переходных процессов дает возможность повысить технический уровень асин­ хронных двигателей и их модификаций путем проекти­ рования с учетом переходных режимов. В настоящее время электродвигатели изготовляются массовыми се­ риями, что позволяет наладить их производство с ми­ нимальными затратами, но препятствует созданию оп-

лее благоприятной фазе переключения, под чертой — при наименее благопрц

тимальных условий электромеханического преобразо­ вания энергии при эксплуатации, поскольку невозмож­ но максимально учесть все особенности конкретного технологического процесса, особенно в переходных ре­ жимах.

Переход к выпуску двигателей более мелкими се­ риями и их проектирование для конкретных механиз­ мов с учетом переходных процессов даст возможность ограничить динамические перенапряжения в кинема­ тических звеньях технологического оборудования, уменьшающие эксплуатационную надежность, снизить тепловые перегрузки в элементах двигателя, повысить производительность механизмов, а также улучшить условия труда путем уменьшения виброакустических эффектов. Особенно важен учет переходных процессов при проектировании полюсопереключаемых двигате­ лей вследствие специфики режимов переключения по­ люсов и их существенного влияния на технико-эконо­ мические показатели, выбор схем переключения по-