Переходные процессы электропривода

ВИДЫ И ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Переходным процессом, или динамическим режимом, ЭП называют режим перехода ЭП из одного установившегося состояния в другое, в процессе которого происходит изменение соответствующих видов энергии.

Переходные процессы имеют место при пуске, торможении, реверсировании и регулировании угловой скорости ЭП, при изменении его нагрузки и условий электропитания. При этом происходит изменение соответствующих видов энергии: электромагнитной, механической, тепловой. Соответственны и названия переходных процессов: электромагнитный, механический, тепловой. В ряде случаев при совместном рассмотрении электромагнитного и механического переходных процессов выделяют электромеханический.

Электромагнитные и механические переходные процессы в ЭП происходят значительно быстрее тепловых, поэтому их рассматривают по отдельности. Механические переходные процессы воз;

Рис. 1.27. Графики изменения момента и угловой скорости (в) малоинерционного асинхронного электропривода при прямом пуске и динамическая (Г) и статическая (2) механические характеристики АД (б).

никают в ЭП прежде всего при пуске, реверсе и электрическом торможении электроприводов.

Принятие конкретного способа пуска, реверса или электрического торможения ЭП определяется, во-первых, видом используемого электродвигателя и, во-вторых, требованиями со стороны технологической установки, приводимой им в действие. Из-за инерционности системы ЭП переходный процесс происходит в течение определенного интервала времени. Поэтому рассмотрение различных переходных процессов ЭП сводится прежде всего к определению и анализу выделенных показателей ЭП во времени, а также к определению их взаимосвязи при этом. В частности, кривую со =J (M), связывающую значения угловой скорости со и вращающего (тормозящего) момента М в переходном процессе, называют динамической механической характеристикой двигателя в системе конкретного ЭП, которая, как правило, существенным образом отличается от его статической механической характеристики.

В качестве примера на рисунке 1.27, а приведены графики изменения момента М и угловой скорости со от времени / при прямом пуске малоинерционного асинхронного ЭП на полное напряжение сети, а на рисунке 1.27, б — динамическая 1 и статическая 2 механические характеристики АД.

Характер протекания скоротечных электромагнитных и электромеханических процессов в двигателях ЭП неоднозначен и зависит от множества факторов. Исследованиями установлено, что при пуске и реверсе асинхронных ЭП с полным напряжением питания максимальные значения моментов асинхронного двигателя по динамической механической характеристике могут превышать его номинальный момент при пуске в 3…5 раз, при реверсе в 12… 18 раз. При детальном изучении электромеханических переходных процессов реально нагруженных асинхронных ЭП выяснено, что из-за большей длительности механического переходного процесса скоротечные колебания момента АД, вызванные электромагнитным переходным процессом, практически полностью затухают в самом начале механического переходного процесса. Поэтому при расчете продолжительности механических переходных процессов ЭП допустимо использовать статические механические характеристики электродвигателей.

Сказанное подтверждается тем, что электромагнитная постоянная времени Т_эм существенно меньше механической постоянной времени Т_м. Электромагнитная постоянная времени АД.

где L — индуктивность АД, Г; г—активное сопротивление обмотки АД, Ом.

Механическая постоянная времени асинхронного ЭП.

где J— приведенный момент инерции системы «двигатель—рабочая машина», кг • м²; (Оо — синхронная угловая скорость, рад/с; s_(H) — скольжение при номинальной нагрузке; М_и — номинальный вращающий момент двигателя, Н м.

Значения электромагнитной постоянной времени АД находятся в диапазоне Т_ж = 0,01…0,1 с. Механическая постоянная времени асинхронного ЭП, когда двигатель механически соединен с рабочей машиной, имеет большее значение, а именно Т_ы = 0,5…150с. Еще более инерционным для электродвигателя привода является тепловой переходной процесс, скорость протекания которого характеризуется постоянной времени нагрева 7_Ham электродвигателя, значения которой обычно равны T_mrp = 10…35 мин. Таким образом, в целом имеет место соотношение Т_м «Т_м « Т_магр. Это подтверждает возможность рассмотрения указанных переходных процессов ЭП независимо друг от друга, тем более что скоротечный электромагнитный переходной процесс неоднозначен, и чаще всего его оценивают приближенно по результатам моделирования и эксперимента.

Наиболее благоприятное протекание электромеханического переходного процесса происходит в ЭП с управляемыми режимами пуска и торможения. На рисунке 1.28 показана функциональная схема регулируемого ЭП постоянного тока системы УВ—Д (а) и его динамические механические характеристики (6) при пуске повышением напряжения с различной интенсивностью.

В приведенной схеме ЭП управляемый тиристорный выпрямитель UZ изменяет значение напряжения на его выходе пропорционально сигналу управления U_y, получаемому от задатчика интенсивности (продолжительности) пуска ЗИ.

Пуск ЭП начинается с момента увеличения напряжения на якоре двигателя М, подключенного к выходу выпрямителя UZ, от нуля и выше пропорционально изменению сигнала управления U_y от задатчика интенсивности пуска ЗИ. При увеличении.

Рис. 1.28. Функциональная схема регулируемого ЭП постоянного тока системы УВ—Д (в) и его динамические механические характеристики (б) при пуске с различной продолжительностью (интенсивностью):

ЗИ — задатчик интенсивности пуска; О — ограничитель; И— интегратор; УУ— устройство управления; U_t — частичное напряжение напряжения на зажимах якоря двигателя до значения, при котором его момент вращения превысит момент статического сопротивления со стороны нагрузки М> Л/_с, двигатель ЭП начнет вращение.

Интервал времени от поступления сигнала на пуск до начала вращения двигателя ЭП называют продолжительностью запаздывания. Очевидно, эта продолжительность тем больше, чем значительнее нагрузка ЭП и чем медленнее изменение напряжения на якоре двигателя от сигнала управления U_y. Причем, чем выше темп нарастания напряжения, тем больше избыточный момент, действующий со стороны двигателя ЭП, тем меньше продолжительность его пуска.

Аналогично происходит управляемый пуск асинхронных ЭП. Отличие состоит лишь в том, что электропитание АД осуществляют от управляемого источника переменного напряжения, в качестве которого чаще всего используют тиристорный регулятор напряжения (ТРИ).