ДИНАМІЧНА МЕХАНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА АСИНХРОННОГО ДВИГУНА

Динамічної механічної характеристикою асинхронного двигуна називається залежність між миттєвими значеннями швидкості (ковзання) і моменту електричної машини для одного і того ж моменту часу перехідного режиму роботи.

Графік динамічної механічної характеристики асинхронного двигуна можна отримати зі спільного рішення системи диференціальних рівнянь електричної рівноваги в обмотки і роторної ланцюгах двигуна і одного з рівняння його електромагнітного моменту, які наведені без їх виведення:

(5.35)

В системі рівнянь (5.35) прийняті наступні позначення:

• - складова вектора напруги обмотки статора, орієнтована уздовж осі а нерухомої системи координат;
• - складова вектора напруги обмотки статора, орієнтована уздовж осі b нерухомої системи координат;

- еквівалентне індуктивний опір обмотки статора, рівне індуктивному опору розсіювання обмотки статора і індуктивному опору від головного поля;

- еквівалентне індуктивний опір обмотки ротора, приведений до обмотці статора, рівне індуктивному опору розсіювання обмотки ротора і індуктивному опору від головного поля;

- індуктивний опір від головного поля (контуру намагнічування), що створюється сумарною дією струмів статора;

• - складова вектора потокозчеплення обмотки статора, орієнтована уздовж осі а нерухомої системи координат;
• - складова вектора потокозчеплення обмотки статора, орієнтована уздовж осі b нерухомої системи координат;
• - складова вектора потокозчеплення обмотки ротора, орієнтована уздовж осі а нерухомої системи координат;
• - складова вектора потокозчеплення обмотки ротора, орієнтована уздовж осі b нерухомої системи координат;
• - складова вектора струму обмотки ротора, орієнтована уздовж осі а нерухомої системи координат;
• - складова вектора струму обмотки ротора, орієнтована уздовж осі b нерухомої системи координат.

Електромеханічні процеси в асинхронному електроприводі описуються рівнянням руху. для випадку

(5.36)

де - приведений до валу двигуна момент опору навантаження; - приведений до валу двигуна сумарний момент інерції електроприводу.

Аналіз динамічних процесів перетворення енергії в асинхронному двигуні являє собою складну задачу в зв'язку з істотною нелінійністю рівнянь, що описують асинхронний двигун, обумовленої твором змінних. Тому дослідження динамічних характеристик асинхронного двигуна доцільно вести з застосуванням засобів обчислювальної техніки.

Спільне рішення системи рівнянь (5.62) і (5.63) в програмному середовищі MathCAD дозволяє розрахувати графіки перехідних процесів швидкості ω і моменту М при чисельних значеннях параметрів схеми заміщення асинхронного двигуна, визначених у прикладі 5.3.

Так як динамічну механічну характеристику асинхронного двигуна можна отримати тільки за результатами розрахунків перехідних процесів, го спочатку наведемо графіки перехідних процесів швидкості (рис. 5.9) і моменту (рис. 5.10) при пуску асинхронного двигуна прямим включенням в мережу.

Мал. 5.9. Перехідний процес швидкості при пуску короткозамкнутого асинхронного двигуна прямим включенням в мережу при моделюванні в нерухомій системі координат

Мал. 5.10. Перехідний процес електромагнітного моменту при пуску короткозамкнутого асинхронного двигуна прямим включенням в мережу при моделюванні в нерухомій системі координат

Мал. 5.11. Механічні характеристики короткозамкнутого асинхронного двигуна: 1 - динамічна: 2 - статична

Графіки та перехідних процесів дозволяють побудувати динамічну механічну характеристику асинхронного двигуна (рис. 5.1 I, крива I) при пуску прямим включенням в мережу. Для порівняння на цьому ж малюнку приведена статична механічна характеристика - 2, розрахована за виразом (5.7) для тих же параметрів схеми заміщення асинхронного двигуна.

Аналіз динамічної механічної характеристики асинхронного двигуна показує, що максимальні ударні моменти при пуску перевищують номінальний момент Л / н статичної механічної характеристики більш ніж в 4,5 рази і можуть досягти неприпустимо великих по механічної міцності значень. Ударні моменти при пуску, і особливо при реверсі асинхронного двигуна, призводять до виходу з ладу кінематики виробничих механізмів і самого асинхронного двигуна.

Моделювання в програмному середовищі MathCAD дозволяє досить просто провести дослідження динамічних механічних характеристик асинхронного двигуна. Встановлено, що динамічна характеристика визначається не тільки параметрами схеми заміщення асинхронного двигуна, але і параметрами електроприводу, такими як еквівалентний момент інерції , момент опору на валу двигуна. Отже, асинхронний двигун при даних параметрах мережі живлення і схеми заміщення має одну статичної і безліччю динамічних механічних характеристик.

Як випливає з аналізу динамічних характеристик рис. 5.9-5.10, перехідний процес пуску короткозамкнутого асинхронного двигуна може мати коливальний характер не тільки на початковому, але і на кінцевій ділянці, причому швидкість двигуна перевищує синхронну ω0. На практиці коливання кутової швидкості і моменту двигуна на кінцевій ділянці перехідного процесу спостерігаються не завжди. Крім того, є велика кількість виробничих механізмів, для яких такі коливання необхідно виключити. Характерний приклад - механізми лебідок і переміщення підйомних кранів. Для таких механізмів випускаються асинхронні двигуни з м'якими механічними характеристиками або з підвищеним ковзанням. Встановлено, ніж м'якше робочу ділянку механічної характеристики асинхронного двигуна і чим більше еквівалентний момент інерції електроприводу, тим менше амплітуда коливань при виході на сталу швидкість і тим швидше вони загасають.

Дослідження динамічних механічних характеристик мають теоретичне і практичне значення, оскільки, як було показано в розділі 5.1.1, облік тільки статичних механічних характеристик може привести до не зовсім коректним висновків і до спотворення характеру динамічних навантажень при пусках асинхронних двигунів. Дослідження показують, що максимальні значення динамічного моменту можуть перевищувати номінальний момент двигуна при пуску прямим включенням в мережу в 2-5 разів і в 4-10 разів під час реверсування двигуна, що необхідно враховувати при розробці та виготовленні електроприводів.