Лекции - Теория переходных процессов
скачать (841.8 kb.)
Доступные файлы (2):
per_proc1.doc | 1336kb. | 03.01.2006 15:10 | ![]() |
per_proc2.doc | 2968kb. | 03.01.2006 15:11 | ![]() |
per_proc2.doc
^В промышленности и сельском хозяйстве основными потребителями электроэнергии являются асинхронные двигатели (60-70%), синхронные двигатели составляют 10%, осветительная нагрузка 20-30%. В связи с этим, представляет интерес исследование статической устойчивости асинхронных двигателей в нормальном режиме работы энергосистемы при малых возмущениях, т.к. если группа асинхронных двигателей имеет мощность, соизмеримую с мощностью источника питания, то в этом случае их режим работы может оказать существенное влияние на устойчивость энергосистемы в целом.
Снижение напряжения в питающей сети влечет за собой увеличение токов статора и ротора асинхронных двигателей (при неизменной нагрузке на валу двигателя), что обуславливает дальнейшее снижение напряжения и возникновение резкого снижения напряжения в сети, т.е. “лавины напряжения”. При рассмотрении статической механической характеристики, у асинхронного двигателя имеется только одна область устойчивой работы - это область, расположенная на восходящей части характеристики

![]() |
Рис. 7.1. Характеристика асинхронного двигателя при различных значениях питающего напряжения
В нормальных условиях двигатель работает на устойчивой части своей характеристики при скольжении меньше критического. Однако при снижении напряжения или увеличении механического вращающего момента двигатель может оказаться в критическом режиме (точки




Статическая устойчивость асинхронных двигателей
Под статической устойчивостью электрической машины понимается ее способность возвращаться к установившемуся режиму после малых возмущений. Причинами, вызывающими нарушение статической устойчивости, могут быть: значительное увеличение внешнего сопротивления (отключение части питающих линий) или мощности приводного механизма, а также снижение напряжения в узле нагрузки. Обычно запас по статической устойчивости нагрузки оценивается величиной допустимого снижения напряжения в точке питания.
Значения напряжения на зажимах двигателей и независимой от режима работы двигателей э.д.с. источника питания называются критическими, если они соответствуют пределу статической устойчивости. Значения


![]() | (7.1) |
![]() | (7.2) |
где



при номинальном скольжении
![]() | (7.3) |
где



В формулах (7.1) - (7.3) и во всех последующих все входящие величины подставляются в относительных единицах (о.е.).
Нарушение статической устойчивости двигателя можно пояснить, рассматривая механические характеристики приводного механизма (кривая 1 на рис. 7.2) и двигателя, определенные при различных значениях напряжения. Механические характеристики асинхронного двигателя

При напряжении


При напряжении



Статическая устойчивость асинхронного двигателя обычно определяется по следующим критериям:
![]() | (7.4); | ![]() | (7.5) |
![]() |
Рис. 7.2. Механические характеристики асинхронного двигателя и приводного механизма
При этом коэффициент запаса статической устойчивости может быть определен по выражениям:
![]() | (7.6) |
![]() | (7.7) |
![]() | (7.8) |
В выражении (7.7) максимальная мощность берется по асинхронной характеристике согласно выражениям:
![]() | (7.9) либо | ![]() | (7.10) |
где

Влияние напряжения и коэффициента загрузки двигателя на потребляемую им реактивную мощность и запас статической устойчивости
Реактивная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, определяется двумя составляющими:


![]() | (7.11) |
Реактивная мощность намагничивания зависит от величины напряжения:

т.к.

![]() | (7.12) |
где



Реактивная мощность рассеяния зависит как от величины напряжения сети, так и от коэффициента загрузки двигателя и определяется по выражению:
![]() | (7.13) |
где



где


При номинальном режиме реактивная мощность двигателя составит:

С учетом изменения напряжения и величины загрузки двигателя, потребляемая реактивная мощность будет равна:
![]() | (7.14) |
При критическом режиме величина потребляемой реактивной мощности равна:

Отношение реактивных мощностей
![]() | (7.15) |

При помощи выражения (7.14) можно определить изменение потребления реактивной мощности

Следует отметить, что увеличение реактивной мощности вызывает увеличение потерь активной мощности и потерь энергии в двигателе и сети.
^
Под рабочими характеристиками асинхронного двигателя мы понимаем:

Кроме того, к важным показателям относится коэффициент перегрузочной способности

^


![]() | (7.16) |

Таким образом, скольжение асинхронного двигателя численно равно отношению потерь в обмотке ротора


При холостом ходе потери






![]() Рисунок 7.3 - Рабочие характеристики короткозамкнутого асинхронного двигателя мощностью 50 кВт, 220/380 В, 1470 об/мин, построенные в относительных единицах |
^





^ В асинхронных двигателях имеют место все те же виды потерь, что и в других электрических машинах,— механические потери, потери в стали, потери в меди и добавочные потери.
Особую группу потерь составляют добавочные потери. Они состоят из а) добавочных потерь в меди и б) добавочных потерь в стали. При синусоидальном напряжении на зажимах двигателя добавочные потери в меди возникают частью под влиянием высших гармонических н. с., частью вследствие эффекта вытеснения тока.
Добавочные потери в меди от высших гармонических н. с. имеют место главным образом в обмотках ротора с беличьей клеткой. При вращении ротора в магнитных полях, создаваемых высшими гармоническими н. с. статора, в обмотке ротора возникают токи, имеющие частоту, отличную от частоты скольжения и зависящую от скорости вращения ротора. Для уменьшения этих потерь производят: а) укорочение шага обмотки статора, ведущее к уменьшению высших гармонических н. с., б) скос пазов ротора относительно пазов статора, играющий ту же роль, что и укорочение шага, и в) соответствующий подбор числа пазов на статоре и роторе



![]() Рис. 7.4. Кривая индукции в воздушном зазоре |
Явление вытеснения тока наблюдается как в обмотках статора, так и в обмотках ротора, особенно с беличьей клеткой. Здесь оно может быть использовано для улучшения пусковых характеристик двигателей с короткозамкнутым ротором. Но при нормальной работе частота тока в роторе обычно не превышает 3 Гц. В этих условиях вытеснение тока практически незаметно.
Поскольку добавочные потери от высших гармонических н. с. создаются токами, имеющими частоту, отличную от частоты первой гармонической тока, они покрываются развиваемой двигателем механической мощностью.
Можно считать с достаточной точностью, что добавочные потери в меди изменяются пропорционально квадрату тока.
Добавочные потери в стали асинхронных машин состоят, так же как и в синхронных машинах, из а) пульсационных потерь и б) поверхностных потерь.
Пульсационные потери вызываются продольными пульсациями магнитного потока вследствие изменения магнитной проводимости, обусловленного непрерывным изменением взаимного положения зубцов статора и ротора при вращении последнего. Частота пульсаций в статоре




Поверхностные потери обусловливаются главным образом тем, что под влиянием пазов распределение индукции в зазоре оказывается неравномерным (рис. 7.4). Частота поверхностных пульсаций та же, что и пульсаций в зубцах. Анализ показывает, что поверхностные потери зависят от частоты в степени 1,5 и квадрата среднего значения индукции в зазоре.
Так как добавочные потери в стали имеют частоту, отличную от основной, то они покрываются за счет механической мощности, развиваемой двигателем.
Можно считать с достаточной точностью, что добавочные потери в стали изменяются пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения.
Степень точности, с которой рассчитываются добавочные потери, относительно невысока. Поэтому обычно они учитываются приближенно, определенным количеством процентов от полезной мощности при работе машины генератором или от подводимой мощности при работе машины двигателем. Согласно ГОСТ 183-66 добавочные потери

Полные потери в двигателе:
![]() | (7.17) |
При нагрузках в пределах от холостого хода до номинальной под

При увеличении нагрузки сумма потерь

В противоположность потерям в стали потери в меди изменяются пропорционально квадрату тока.
Добавочные потери, как мы видели, зависят частью от тока, частью от напряжения. Для простоты считают, что они изменяются пропорционально подводимой мощности.
Максимум к. п. д. достигается при равенстве постоянных и переменных потерь; таким образом, соответственно перераспределяя потери, мы можем получить двигатели с различной формой кривых к.п.д. На рис. 7.3 показана типичная кривая к. п. д. асинхронного двигателя, достигающая максимума примерно при 75% номинальной нагрузки.
Для иллюстрации в табл. 7.3 приведены значения к. п. д. и коэффициента мощности для двигателей разной мощности с контактными кольцами и короткозамкнутым ротором при n =1000 об/мин и 2р=6.
Таблица 7.3 - значения к. п. д. и коэффициента мощности различных двигателей
Двигатели с кольцами | Двигатели с короткозамкнутым ротором | ||||||
![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
В | кВт | % | | В | кВт | % | |
220/380 | 8 | 83 | 0,8 | 220/380 | 9,1 | 86 | 0,825 |
220/380 | 13,5 | 85 | 0,81 | 220/380 | 15,2 | 87,1 | 0,835 |
220/380 | 29 | 87 | 0,845 | 220/380 | 32 | 89 | 0,855 |
220/380 | 44 | 88,2 | 0,87 | 220/380 | 48 | 90,3 | 0,87 |
220/380 | 67 | 89,5 | 0,88 | 220/380 | 72 | 90,7 | 0,88 |
220/380 | 100 | 91,5 | 0,88 | 220/380 | 100 | 91,5 | 0,88 |
6000 | 260 | 91 | 0,86 | 6000 | 260 | 91 | 0,85 |
6000 | 430 | 92,5 | 0,88 | 6000 | 430 | 92,5 | 0,87 |
6000 | 875 | 93,5 | 0,89 | 6000 | 875 | 93,5 | 0,88 |
Скачать файл (841.8 kb.)