Общие сведения об электрических машинах — Работа трехфазного асинхронного двигателя в неноминальных условиях

Содержание материала

Общие сведения об электрических машинах
Нагрев вращающихся машин переменного тока
Номинальные режимы работы
Конструктивные исполнения электрических машин
Регулирование скорости вращения трехфазных асинхронных двигателей
Изменение скорости вращения путем изменения первичного напряжения и другие
Работа трехфазного асинхронного двигателя в неноминальных условиях
Синхронные машины
Неявнополюсные синхронные генераторы
Системы возбуждения синхронных генераторов
Машины постоянного тока
Коллекторные машины постоянного тока
Устройство и конструкция коллекторной машины постоянного тока
Обмотки барабанных якорей
Петлевые обмотки барабанных якорей
Волновые обмотки барабанных якорей
Комбинированная обмотка машин постоянного тока и выбор
Характеристики генераторов постоянного тока
Генератор смешанного возбуждения
Сельсины
Работа однофазных сельсинов в индикаторном режиме
Поворотные трансформаторы
Синхронные реактивные двигатели
Однофазные реактивные двигатели
Синхронный гистерезисный двигатель

Работа трехфазного асинхронного двигателя в условиях, отличных от номинальных

Асинхронные двигатели, согласно ГОСТу 183—66, должны отдавать номинальную мощность при отклонениях напряжения сети от номинального значения в пределах от —5 до +10%. В том случае, когда от номинальных значений одновременно отклоняются напряжение и частота, асинхронные двигатели должны отдавать номинальную мощность, если сумма процентных значений этих отклонений (без учета знака этих отклонений) не превосходит 10%.
В условиях эксплуатации сельских электроустановок часты случаи отклонения напряжения сети от номинального значения; частота сети отличается от номинальной прежде всего при питании от автономных энергетических установок (дизельные электростанции совхозов, отдельных хозяйств, резервные электростанции небольшой мощности).
Рассмотрим влияние на работу трехфазного асинхронного двигателя отклонений напряжения и частоты от их номинальных значений.

Работа двигателя при напряжении, по величине отличном от номинального

Напряжение ниже номинального.

Согласно уравнению (141), без учета падения напряжения U1=E1 = cf1Ф. При понижении напряжения понижается магнитный поток, а следовательно, и ток холостого хода /о. Если двигатель должен развить тот же момент, что и при номинальном напряжении, причем Имеется в виду момент номинальный или близкий к нему, то, согласно уравнению (182), М=смФ12COSф2, возрастает ток ротора и составляющая тока статора. Поэтому в зависимости от насыщения двигателя может остаться тем же, уменьшиться (при преобладании влияния) или, как чаще всего бывает, возрасти. При уменьшении напряжения свыше 5% ток, как правило, растет.
Коэффициент мощности при уменьшении напряжения (в оговоренных вначале пределах) обычно увеличивается в соответствии с увеличением активной и уменьшением реактивной составляющих тока статора, скольжение возрастает, коэффициент полезного действия несколько падает, перегрузочная способность двигателя уменьшается.

Напряжение выше номинального.

При повышении напряжения выше номинального все происходит противоположно сказанному выше. В двигателях с большим насыщением стали намагничивающий ток вместе с увеличением напряжения может возрасти непропорционально напряжению и ток статора может увеличиться. В этом случае двигатель будет перегреваться как из-за нагрева стали, так и вследствие увеличения тока в обмотке статора.
Между напряжением на зажимах статора и рабочими характеристиками двигателя (кривыми момента, тока статора) нет простой аналитической зависимости из-за нелинейности кривой намагничивания двигателя и влияния насыщения на параметры машины. Эти вопросы требуют специального рассмотрения.
Переключение обмоток статора слабо нагруженного двигателя с треугольника на звезду. Как показано выше, при нагрузке двигателя, близкой к номинальной, снижение напряжения на его зажимах обычно приводит к перегрузке обмоток по току и влечет за собой уменьшение коэффициента полезного действия и перегрев обмоток.
Но при малых нагрузках двигателя (до 30—35% номинальной) снижение подводимого к двигателю напряжения может улучшить его энергетические показатели. В этом случае, несмотря на увеличение тока ротора, а следовательно, и составляющей тока статора, из-за малой нагрузки ток ротора может не превысить номинального значения. Между тем уменьшение намагничивающего тока и потерь в стали статора вследствие уменьшения магнитного потока благоприятно скажется на значении энергетических показателей — коэффициенте мощности cos ф1 и коэффициенте полезного действия.
В отдельных случаях асинхронные двигатели в условиях эксплуатации могут оказаться временно недогруженными в оговоренных выше пределах. Если обмотка статора таких двигателей нормально соединена в треугольник, то для улучшения энергетических показателей при работе двигателя обмотку статора целесообразно переключить на звезду, понижая таким образом фазное напряжение в 3 раз. Перегрузочная способность при малой нагрузке остается обычно достаточной.

Работа двигателя при частоте, отличной от номинальной

Поскольку при уменьшении частоты U1=E1 — cflФ, магнитный поток, а следовательно, и намагничивающий ток двигателя увеличиваются. Если двигатель должен развить тот же момент, что и при номинальной частоте, то активные составляющие тока ротора и тока статора уменьшаются, Снижается и коэффициент мощности cosф1. Ток статора обычно возрастает из-за преобладающего влияния увеличения намагничивающего тока. Увеличиваются в статоре потери электрические и в стали, охлаждение несколько ухудшается, так как скорость вращения ротора понижается, нагрев двигателя возрастает.
Увеличение частоты и соответствующее ему уменьшение магнитного потока приводят к уменьшению намагничивающего тока. Однако при постоянном моменте растет ток ротора; при определенных условиях ток статора может также возрасти. Изменение таких показателей, как коэффициент мощности cosф, потери в стали статора, скорость вращения двигателя, будет противоположным тому, как об этом говорилось выше при анализе работы двигателя на пониженной частоте.
Отклонения частоты от номинального значения в Электрических сетях обычно бывают небольшими, не превосходя ±1%. Такие колебания частоты не оказывают сколь-либо заметного влияния на работу асинхронного двигателя. По ГОСТу 183—66 двигатели должны отдавать номинальную мощность при отклонениях частоты от номинального значения до ±5%.

Работа двигателя при несимметричном напряжении сети

Возможная несимметрия напряжения в трехфазной сети предусматривается действующими электротехническими нормами, допускающими асимметрию напряжения до 5% (асимметрия напряжений оценивается отношением напряжения обратной последовательности к напряжению прямой последовательности.
Несимметричное напряжение в трехфазной сети наблюдается при присоединении ее к тяговым железнодорожным подстанциям. К потребителям, вызывающим появление заметной асимметрии напряжений в питающих линиях и сетях, обусловленной асимметрией токов в проводах, относятся однофазные электронагревательные установки и установки с однофазными контактно-сварочными аппаратами, сельские районы, электрифицированные по трехфазно-однофазной системе.
Не принимая во внимание насыщение двигателя, во время рассмотрения работы трехфазного двигателя при несимметричной системе напряжений, подводимой к его зажимам, используем метод симметричных составляющих. Поскольку нулевая точка соединенных в звезду обмоток асинхронного двигателя обычно изолирована, составляющая нулевой последовательности в токах q6motok не возникает, и на зажимах двигателя действуют (согласно теории симметричных составляющих) независимо друг от друга системы напряжений прямой и обратной последовательностей. В отдельных случаях, когда в системе первичных напряжений действует также система нулевой последовательности, по обмоткам статора двигателя могут проходить однофазные токи нулевой последовательности. Токи нулевой последовательности могут появиться в обмотках двигателя, соединенных в треугольник, при питании его от несимметричной системы напряжения вследствие неравенства сопротивления обмоток, как из-за неодинакового насыщения путей потоков рассеяния в разных фазах (приводит к изменению х1 и х2), так и из-за неодинакового нагрева обмоток (приводит к изменению). Но, поскольку токи нулевой последовательности не создают вращающегося магнитного поля и вращающего момента, при анализе работы двигателя их можно не принимать во внимание. Другими словами, и в этих случаях можно считать, что в системе первичных напряжений, подведенных к двигателю, нулевая последовательность как бы отсутствует.
Систему напряжений прямой последовательности можно рассматривать как ту, которая предполагалась приложенной к двигателю в условиях его питания от сети с симметричным напряжением. Теория рабочего процесса двигателя в этом случае достаточно подробно рассмотрена в предыдущих главах. Перенося положения этой теории на рассматриваемый случай, можно сказать, что система напряжений прямой последовательности вызывает в обмотках статора и ротора токи прямой последовательности, в свою очередь, образующие намагничивающие силы соответственно статора F11 и ротора F21 (дополнительный индекс, стоящий вторым, — это номер последовательности) и вращающееся поле Ф, в направлении которого движется ротор.
По аналогии система напряжений обратной последовательности, приложенная к обмоткам статора, вызывает в них токи статора обратной последовательности, создающие намагничивающую силу обратной последовательности, вращающуюся с той же скоростью, что и н. с. прямой последовательности F11, но в обратную сторону, так как токи имеют обратное чередование фаз. Поле, вызванное н. с. обратной последовательности, индуктирует в роторе токи обратной последовательности, создающие намагничивающую силу обратной последовательности ротора F22. В результате совместного действия н. с. F12 и F22 образуется общее магнитное поле обратной последовательности Ф2, идущее в сторону, противоположную движению ротора с синхронной скоростью.
Ухудшение работы двигателя при несимметричном напряжении сети связано с тем, что значение развиваемого двигателем момента, а следовательно, и мощности, по существу определяется только составляющей тока прямой последовательности, а нагрев двигателя зависит от значения тока, включая также составляющую обратной последовательности. Поэтому при несимметричном напряжении нагрев двигателя окажется выше, чем при той же нагрузке и питании его от сети с симметричным напряжением.
Результирующие токи в фазах статора, равные геометрической сумме токов прямой и обратной последовательностей, не одинаковы по значению, увеличиваясь в одних и уменьшаясь в других фазах по сравнению с симметричным режимом при той же нагрузке. При таком токораспределении длительную допустимую мощность можно установить на основе следующих рассуждений. При номинальном токе в наиболее нагруженной фазе статора, слагающемся из токов обеих последовательностей, значение электрических потерь в обмотке статора будет в целом меньше, чем при работе двигателя в номинальных условиях, когда номинальный ток проходит во всех трех фазах. При меньшем значении электрических потерь уменьшится отдача тепла, идущего от всех фаз статора на сталь, и, предполагая достаточную степень тепловыравнивания, можно считать, что температура стали статора будет меньше той, которая наблюдается при работе двигателя в номинальном режиме.
Следовательно, для наиболее нагруженной фазы можно увеличить перепад температуры между медью (проводом) и сталью по сравнению с симметричным режимом. Это позволяет установить значение тока наиболее нагруженной фазы выше номинального, чтобы температура обмотки (меди) наиболее нагруженной фазы при несимметрии оказалась равной температуре обмотки (меди) в симметричных условиях при номинальной нагрузке.

Читать еще: 6b31 двигатель характеристики аутлендер

Как показали расчеты, проведенные для двигателей серии А, длительная допустимая мощность для двигателей до 7 квт (обмотка однослойная) типа А при а=5% снижается по сравнению с номинальной на 10—15%, при а=10%—на 25—45%, а для двигателей типа АО соответственно на 10—20 и 30—50%. Для двигателей мощностью от 10 кет и выше с двухслойными обмотками допустимая мощность выше, чем для двигателей с однослойными обмотками, соответственно на 5% при а = 5% и на 10% при а=10%.
При коэффициенте несимметрии напряжений а=1—2% длительная допустимая мощность ниже номинальной на 3—4%; в эксплуатации за счет теплового запаса в двигателях серии А этого снижения можно не делать.
Асинхронный двигатель, работающий в сети с несимметричным напряжением, как вхолостую, так и под нагрузкой создает уравновешивающий эффект, то есть стремится уменьшить несимметрию напряжений. Это объясняется тем, что токи обратной последовательности двигателя частично компенсируют в линии токи обратной последовательности нагрузки. Уравновешивающий эффект тем сильнее, чем меньше результирующее сопротивление обратной последовательности двигателя.

Что такое насыщение двигателя

Зачем надо диагностировать несимметрию зазоров в асинхронном двигателе, если ротор за статор не задевает, вибрация выше нормы не растет и КПД двигателя заметно не падает? Кроме того, если зазор изменяется не на всем протяжении сердечника, а с одного края, то и увидеть такой эксцентриситет по вибрации сложно, ну вырос немного магнитный шум, но ведь норму не превысил!

На самом деле в жизни все бывает, и ротор за статор задевает, причем не только тогда, когда подшипник разрушается, а это Вы можете обнаружить по вибрации (можно и задолго до разрушения с предотвращением аварии).
Но основная задача обнаружения эксцентриситета и последующего его устранения – избежать не столько задевания, сколько магнитного насыщения зубцовой зоны ротора и, особенно, статора при работе машины под нагрузкой. Ведь если такое насыщение появилось – силы обеспечивающие вращение ротора, действуют уже не на зубцы ротора и статора, а непосредственно на обмотки и стержни беличьей клетки. Эти силы начинают, в первую очередь, «вытягивать» обмотку статора и деформировать изоляцию обмотки зоне ее выхода из пазов. Понятно, что изоляция обмотки в таком режиме долго не продержится. И такие процессы особо неприятны, когда имеет место локальная зона насыщения именно с края сердечника, недалеко от выхода обмотки из паза.
Так что диагностика эксцентриситетов в асинхронном двигателе – дело высокой степени важности.

С уважением,
Юрий

Re: Диагностика несимметрии зазоров 7 года, 11 мес. назад #333

Re: Диагностика несимметрии зазоров 7 года, 11 мес. назад #335

Уважаемый Руслан.
Вы правы, входной контроль, точнее входную диагностику, делать надо обязательно. Особенно после ремонта, так как основными причинами эксцентриситетов являются погрешности восстановления посадочных мест под подшипники. Статического – при смещении подшипников в щитах электродвигателя, динамического – при несоосной проточке посадочного места на валу и самого вала (после операции наращивания шейки вала в посадочном месте).

Ну а теперь посмотрим, откуда у хорошего электродвигателя появляются эксцентриситеты после установки на рабочее место:
Статический – из-за перекоса корпуса, когда у двигателя есть «мягкая лапа» а все крепежные болты затянуты. Если ставить косо и от души затягивать болты – можно заставить ротор задевать за статор.
То же самое будет при стыковке двигателя с механизмом, например, если плоскости опор не параллельны и при установке агрегата возникает несоосность опор вращения со статической перегрузкой подшипников
Динамический эксцентриситет – из-за несоосности валов, сопровождающихся вращающейся перегрузкой подшипников и их ускоренным износом, довольно часто – без других дефектов, которые легко обнаруживаются по вибрации
Все эти дефекты, если вовремя обнаружить эксцентриситет, можно убрать на месте эксплуатации.

Re: Диагностика несимметрии зазоров 7 года, 11 мес. назад #338

Re: Диагностика несимметрии зазоров 7 года, 11 мес. назад #340

В вибрации есть работающие признаки эксцентриситетов, но явных признаков состояния перехода в насыщение нет. Косвенным признаком насыщения можно считать рост вибрации на шестой гармонике частоты питающего напряжения, дополненный ростом четвертой гармоники, рост только шестой — еще и признак искажения напряжения питания, но порог, разделяющий два состояния – вещь субъективная. Если насыщение происходит из-за динамического эксцентриситета зазора – и шестая, и четвертая гармоника не только растут, но и модулированы частотой вращения ротора двигателя.
Гораздо эффективнее диагностировать асинхронный двигатель по спектру тока в одной из фаз. Если начинается насыщение зубцовой зоны, магнитное поле искажается, и появляется небольшая постоянная составляющая поля ротора, т.е. ротор становится маленьким по величине «постоянным магнитом». Соответственно при его вращении генерируется напряжение с частотой вращения ротора, и в двигателе появляется ток на этой частоте. Так что если в токе двигателя кроме сильной составляющей 50Гц появится небольшая составляющая с частотой вращения ротора (выше 1% от наиболее сильной составляющей 50Гц) – у Вас проблемы с насыщением активного сердечника двигателя, а наиболее вероятная причина – опасный эксцентриситет зазора.
Все, что я описал, можно увидеть только в случае, если у Вас хороший датчик (вибрации или тока) и хороший анализатор спектра, каждый с высоким динамическим диапазоном и разрешением по частоте.

Читать еще: Что щелкает при прогретом двигателе

НАСЫЩЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЗЕРКАЛА РАБОЧЕГО ЦИЛИНДРА ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ВЫСОКООРГАНИЗОВАННЫМИ ФОРМАМИ УГЛЕРОДА

Полный текст:

Аннотация

Целью настоящего исследования является рассмотрение задачи создания в поверхностном слое зеркала рабочего цилиндра структуры, обеспечивающей противоизносные и антифрикционные свойства.

Методы. Открытие новых форм углерода — фуллеренов и изучение их свойств дало направление развитию микромеханики трения и износа на основе формирования новых качеств поверхностного слоя в парах трения путѐм насыщения его кристаллической структуры выпуклыми многогранными молекулами фуллеренов, преимущественно С60 и С70.

Результат. В таких случаях наиболее приемлемыми будут технологии нанесения, например – посредством безабразивного хонингования (шаржирования) цилиндров ДВС. Важным и новым в этом направлении является то, что в данном случае преследуется цель внедрения фуллеренов посредством их диффузии в кристаллическую решѐтку поверхностного слоя детали, подвергающейся трению и изнашиванию.

Вывод. Доказано, что сочетание температурного, барометрического и напряжѐнного факторов при внедрении имплантанта в поверхностный слой создаѐт возможность избежать при работе двигателя возникновения термоупругих сил, стремящихся вытолкнуть безабразивный состав из впадин микрорельефа колец силами трения покоя.

Ключ. слова

Об авторах

доктор технических наук, профессор,

414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 16

кандидат экономических наук, декан заочного факультета, доцент кафедры организации и безопасности движения транспортного факультета,

367015 г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

начальник судоводительского отделения Каспийского института морского и речного транспорта,

414056, г. Астрахань, ул. Набережная Приволжского Затона, 14а

Список литературы

1. Мышкин М.К., Петроковец М.И. Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии. – М.: Физматлит, 2007 – C. 150-368.

2. Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: Справочник. – С-Пб.: Политехника, 1998. – 414 с.

3. Технология упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика: материалы 17-ой междунар. науч.-практ. конф. 14-17 апреля 2015 года. – С-Пб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015 –C.345-365.

4. Елецкий А.В., Смирнов В.М. Фуллерены // УФН, 1993. — №2. — С.33-58.

5. Gusev A.I., Rempel A.A. Nanocrystalline Materials. Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004, pp. 250-280.

6. Сидоров Л.Н., Юровская М.А., Борщевский А.Я. и др. Фуллерены. — М.: Экзамен, 2005. — 687 с.

7. Дорохов А.Ф., Санаев Н.К. Исследование надѐжности сцепления антифрикционного покрытия с рабочей поверхностью цилиндра судового ДВС //Вестник Астраханского государственного технического университета. Морская техника и технология. 5(46)/2008, Астрахань,- Издательство АГТУ.- С. 143-147.

8. Дорохов А.Ф., Санаев Н.К., Масуев М.А. Снижение потерь мощности на преодоление сил трения в судовых высокооборотных дизелях//Трение и смазка в машинах и механизмах, № 9, 2008. С. 18-21.

9. Гуров К.П., Карташкин Б.А., Угастэ Ю.Э. Взаимная диффузия в многофазных металлических системах. — М.: Наука, 1981. -350 с.

10. Диффузия в кристаллах: Интернет-ресурс http://dssp.petrsu.ru.

11. Silva S.A.M., Perez J., Torresi R.M., Luengo C.A., Ticianelli E.A. Surface and electrochemical investigations of a fiillerene soot. Electrochimica Acta. 1999, vol.44, no.20, pp.3565 – 3574.

12. Yang Z.H., Wu H.Q. Electrochemical intercalation of lithium into fullerene soot. Mat Lett. 2001, vol.50, no.2, pp.108-114.

13. Wang Z., Ogata H., Morimoto Sh., Fujishige M., Takeuchi K., Hashimoto Y., Endo M. Hightemperature-induced growth of graphite whiskers from fullerene waste soot. Carbon, 2015, vol.90, pp.154-159.

14. Endo M., Kim Y.A., Hayashi T. et al. Microstructural changes induced in «Stacked cup» carbon nanofibers by hit treatment. Carbon. 2003, vol.41, pp.1941 – 1947.

15. Goel A., Hebgen P., Vander Sande J.B., Howard J.B. Combustion synthesis of fullerenes and fullerenic nanostructures. Carbon, 2002, vol.40, no.2, pp.177- 182

Дополнительные файлы

Для цитирования: Дорохов А.Ф., Санаев Н.К., Проватар А.Г. НАСЫЩЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЗЕРКАЛА РАБОЧЕГО ЦИЛИНДРА ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ВЫСОКООРГАНИЗОВАННЫМИ ФОРМАМИ УГЛЕРОДА. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2016;42(3):27-33. https://doi.org/10.21822/2073-6185-2016-42-3-27-33

For citation: Dorokhov A.F., Sanaev N.K., Provotar A.G. SATURATION OF THE SURFACE LAYER OF THE MIRROR CYLINDER OF PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINES IS HIGHLY ORGANIZED FORMS OF CARBON. Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2016;42(3):27-33. (In Russ.) https://doi.org/10.21822/2073-6185-2016-42-3-27-33

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

научная статья по теме МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С УЧЕТОМ НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Цена:

Авторы работы:

Научный журнал:

Год выхода:

Текст научной статьи на тему «МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С УЧЕТОМ НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ»

Электромеханика и электрические аппараты

Лапаев Д.М., аспирант Тольяттин-ского государственного университета

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С УЧЕТОМ НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

Получены уравнения и разработана математическая модель асинхронного двигателя с учетом насыщения магнитной цепи по пути главного магнитного потокосцепления и по пути потоков рассеяния. Приведены результаты исследования и сравнительные динамические характеристики при работе двигателя в режиме прямого пуска.

Ключевые слова: математическая модель асинхронного двигателя; динамические характеристики асинхронного двигателя; учет насыщения магнитной цепи асинхронного двигателя.

MATHEMATICAL SIMULATION OF THE INDUCTION MOTOR TAKING INTO ACCOUNT SATURATION OF THE MAGNETIC CIRCUIT

The equations are received and the computing model of the induction motor taking into account saturation of a magnetic circuit on the way of the main magnetic flux linkage and on the way of leakage fluxes is developed. Results of research and comparative dynamic characteristics of the motor for a mode of direct-on-line start are given.

Keywords: mathematical model of the induction motor; dynamic characteristics of the induction motor; accounting of saturation of a magnetic circuit of the induction motor.

Исследование переходных процессов в асинхронном двигателе имеет большое практическое значение. Результаты исследований позволяют правильно осуществить выбор пусковой и защитной аппаратуры, рассчитать систему управления и оценить влияние работы электропривода с асинхронным двигателем на производительность и качество работы производственных механизмов. Детальное изучение переходных процессов дает возможность более рационально конструировать системы асинхронного электропривода. Параметры двигателя зависят от режима его работы и теплового состояния. Отсюда следует, что текущие параметры асинхронного двигателя необходимо определять непосредственно в процессе работы электропривода. Это возможно при проведении динамической идентификации параметров и переменных состояний двигателя. Основой динамической идентификации является компьютерная обработка информации, полученной на основе математической модели асинхронного двигателя и математических методов идентификации. Использование для этих целей математических моделей на основе уравнений Парка-Горева не позволяет учесть насыщение магнитной системы, потери в стали и эффект вытеснения тока в стержнях ротора [1]. Учет изменений этих параметров и величин по отдельности и их общее рассмотрение связано с повышенными затруднениями: проблема определения параметров математической модели, усложненные зависимости параметров от переменных привода (потокосцеплений, токов, частоты токов статора и ротора); существенное усложнение алгоритмов расчета [2]. При этом следует отметить, что наибольшее влияние на переходные процессы оказывает насыщение магнитной цепи машины.

Читать еще: 602 двигатель какие форсунки

В данной статье ставится задача разработки математической модели и исследования динамических процессов с учетом насыщения магнитной цепи по пути главного магнитного потокосцепления и по пути потоков рассеяния статорной обмотки.

Запишем уравнения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в относительных единицах в системе координат а, в [3]

dvL _ ио _ -о . dy*ra _ .о _ о

-, _ U sa rslsa. -, _ Гг1га VVrB

_ TT о rl о. dvlp _ о

^ -t гл -t гл J.J. V0 _ Vsa о ¥ra о V’s?

где r _ t -CB _ t -CS — время дифференцирования; y sa

v0 VrB .о lsa ,о lra .о _ -,о lrB

Vrs _- и isa _ —, ira _ —, isn _ — и irB _ — — относительные значения потокосцеп-

лений и токов статора и ротора в осях а, в; rs _-, rr _ —— — относительные значения ак-

тивных сопротивлений статора и ротора; v _— относительная угловая скорость ротора;

VB — базисная единица потокосцепления; (Ов _ coS — базисная единица частоты вращения; IB — базисная единица тока; ZB — базисная величина сопротивления.

Составляющие токов статора и ротора записываем через составляющие потокосцеплений

•о 1 /. о 7 , 0 . -о 1 /. о 7 , о

la _ -Г (V a _ krVra ); 1 ф _

lra _ -X-(V°a _ kvL); i% _ _ X

где Xs — О • Х8 , Хг — О • Хг — переходные индуктивные сопротивления статора и ротора в

относительных единицах; О — (1 — к кг)- коэффициент рассеяния; к8 — —т и к — —т — коэф-

фициенты связи статора и ротора соответственно; х3, хг и хт — соответственно относительные значения индуктивных сопротивлений статора, ротора и взаимоиндукции.

Уравнение движения ротора в относительных единицах

где H _ J —— — механическая постоянная времени ротора в относительных единицах; /Л и

^С — соответственно относительные значения электромагнитного и статического моментов

на валу двигателя; Мв — базисная единица момента; J — момент инерции. Электромагнитный момент на валу двигателя определяется уравнением

где р — число пар полюсов.

Приведенные уравнения (1), (2), (3) и (4) позволяют выполнять расчеты динамических характеристик, которые будут соответствовать «идеализированной машине», имеющей постоянные параметры. На практике параметры электрических машин являются переменными величинами. Различают насыщение магнитной цепи по пути главного магнитного потокос-цепления и по пути потоков рассеяния статорной обмотки. Изменение величины главного

потокосцепления Що определяет изменение взаимоиндукции обмоток статора и ротора. Величина Що связана с ЭДС воздушного зазора, т.е. зависит от напряжения статора асинхронного двигателя . Учет изменения сопротивления xm необходимо производить в функции потокосцепленияЩо, используя для этого характеристику холостого хода двигателя. Учет

изменения индуктивных сопротивлений рассеяния ХО0 выполняем в функции тока is ста-торной обмотки.

С целью выделения составляющих главного потокосцепления по осям а и в преобразуем уравнения (2) к виду

о _ (• о + • 0 ) + • о . О _ (• о + • 0 ) + • о .

Щ оа _ Хт «оа + 1га) + ;Щ га _ Хт «оа + 1га) + Хаг1га ;

о _ (• о + • о ) + • о . О _ (• о + • о ) + • о

Щ *Р _ Хт 1*Р + 1гР) + Х,гза> ЩгР _ Хт (1*Р + 1гР) + Хаг1гр,

где Хао, Хаг — индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора.

Выражения составляющих главного потокосцепления по осям а, в могут быть записаны в виде

Щ 0а _ Хт (гL+ •1) . Щоор_ Хт + •%). (6)

Из уравнений (5) и (6) получаем уравнения с учетом насыщения магнитной цепи:

Щва _ ЩЦа — (х, )Н С . Щ^р _ — (х, )Н ^Р . (7)

•оа _( ) ЩОа — •га . •ор _Т ) Щ0р — •р. (8)

С _ Х,1 (Щ°а — Щ°а ) . •1р _ ХаХ (Щгр — ¥

Рис. 1. Схема математической модели асинхронного двигателя с учетом насыщения магнитной цепи

Полученные уравнения позволяют построить схему (рис. 1) математической модели, которая позволяет производить расчет динамических характеристик асинхронного двигателя с учетом насыщения по пути главного потокосцепления и по пути потокосцепления рассеяния обмоток статора. Для упрощения изображения схемы верхний индекс (нуль) относительных переменных на схеме не показан. Характеристики (10) вводятся в схему модели таблично, что упрощает расчеты параметров модели и процесс вычислений. Параметры функциональных зависимостей определяются на основе данных опыта холостого хода и короткого замыкания асинхронного двигателя. При этом первая характеристика может быть

построена на основе кривой намагничивания асинхронной машины в функции модуля Що главного потокосцепления в воздушном зазоре.

Рис. 2. Осциллограммы электромагнитного момента и угловой скорости вращения ротора асинхронного двигателя: а — пуск без нагрузки; б — пуск с нагрузкой

Я 1® 1» 200 350 ЭОО 350 400 450 НИ

Рис. 3. Динамические кривые модуля главного потокосцепления (а) и тока фазы а статора (б) при пуске с нагрузкой

Результаты моделирования (рис. 2 и 3) получены с использованием параметров асинхронного двигателя серии 4А180S4: мощность Рн = 22 кВт; частота вращения Пн — 1472

об/мин; фазное напряжение Цфн = 220 В; фазный ток Iфн = 42,6 А; КПД г = 0,9; коэффициент мощности ев8фн = 0,87; динамический момент инерции ротора 3 = 0,23 кг м2 . Сравнительный анализ переходных процессов при прямом пуске асинхронного двигателя без нагрузки (рис. 2, а и 3, а) показывает, что переходные процессы в асинхронном двигателе с

учетом насыщения магнитной цепи (1^2, ^2, ^0 2 ) протекают в 1,4 раза быстрее, чем без

учета насыщения (^^ ^^ ^01). Если прямой пуск асинхронного двигателя осуществляется с

номинальной нагрузкой (рис.2,б и 3,б), то переходные процессы с учетом насыщения магнитной цепи протекают в 2,5 раза быстрее, чем без учета насыщения.

1. Получены уравнения и разработана математическая модель асинхронного двигателя с введением параметров насыщения магнитной цепи по пути основного магнитного потока и по пути потоков рассеяния табличным путем, что обеспечивает простоту и наглядность процесса моделирования.

2. Процессы пуска асинхронного двигателя с учетом насыщения магнитной цепи протекают в 1,4 — 2,5 раза быстрее, чем без учета насыщения.

1. Беспалов В.Я., Мощинский Ю.А., Петров А.П. Математическая модель асинхронного двигателя в обобщенной ортогональной системе координат // Электричество, 2002, С.33-39.

2. Денисов В.А., Жуков А.В. Математическое моделирование работы шагового двигателя в составе мехатронного модуля компенсации износа режущего инструмента // Известия Самарского научного центра РАН,

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Пoхожие научные работы по теме «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

ЛАПАЕВ Д.М. — 2014 г.

МЕЩЕРЯКОВ В.Н., ЦВЕТКОВ П.Е. — 2012 г.

БРЫЛЬ А.А., ВАСЬКО В.П., ВАСЬКО П.Ф., СОЛОВЬЕВ П.Б. — 2014 г.