Статической нагрузкой

Предположим, что электромагнитный момент и момент сопротивления — функции только частоты вращения двигателя — и что эти зависимости известны и имеют, например, вид, представленный на 6.3, а, т. е. будем пользоваться статической механической характеристикой двигателя. Рассматривая только механический переходный процесс, по известным характеристикам М = /(со), Мс = /(со) можно графически определить момент ДМ = М — Мс, являющийся причиной ускорения вращения якоря, и построить зависимость со = /(ДМ). Учитывая линейную связь между AM и угловой скоростью изменения со, следующую из равенства

Типичные кривые М — f(t) и со = f(t) при пуске АД без нагрузки (Мс = 0) приведены на 13.1. На 13.2 приведены динамическая (кривая 1) и статическая (кривая 2) механические характеристики исследуемого АД. Динамическая механическая характеристика — это механическая характеристика двигателя, определен- м,о.е. ная с учетом электромеханических переходных процессов. Статическая механическая характеристика — характеристика, построенная без учета электромагнитных переходных процессов. В результате влияния свободных токов, а также изменения частоты вращения ротора электромагнитный момент периодически в течение переходного процесса становится как больше, так и меньше момента, определяемого по статической механической характеристике. Это обусловливает колебательный характер изменения электромагнитного момента АД во времени со значительными амплитудами на начальном участке переходного процесса. Из 13.2 видно, что динамическая механическая характеристика АД значительно отличается от статической. Максимальное значение пускового момента более чем в три раза превышает его значение, найденное по статической характеристике. Эта разница моментов объясняется тем, что значения токов в переходном процессе существенно больше токов в установившемся режиме.

Электромагнитные переходные процессы, возникающие при пуске АД без нагрузки, практически затухают по мере разгона двигателя до частоты вращения, соответствующей критическому скольжению на статической механической характеристике [46]. При дальнейшем увеличении частоты вращения отличие динамической механической характеристики от статической объясняется следующим образом. Если увеличение частоты вращения велико,

Влияние индуктивности якоря на переходный процесс может существенно сказаться при работе двигателя на естественной характеристике в случае резкого приложения или снятия нагрузки как при питании двигателя от сети, так и по системе преобразователь — двигатель. Наличие индуктивности в якорной цепи в переходных режимах нарушает связь между угловой скоростью и моментом, определяемую статической механической характеристикой.

Если теперь, пользуясь статической механической характеристикой, построить, например, процесс пуска двигателя, то графики изменения угловой скорости и момента во времени будут иметь вид,; аналогичный приведенным на 7.37, а. Однако эти графики не будут соответствовать реальным изменениям переменных при переходном процессе, так как для данной угловой скорости ротора переходные .токи отличаются от соответствующих установившихся значений.

В отличие от статической механической характеристики динамическая характеристика (фактически это фазовая траектория переходного процесса) определяется не только параметрами обмоток двигателя, но и параметрами системы электропривода (момент инерции, статический момент), а также видом переходного процесса (пуск, реверс и т. п.). При изменении последних изменяется характер переходных токов, а следовательно, и переходных моментов, что влечет за собой изменение динамической механической характеристики. Следовательно, асинхронный двигатель при данных напряжении сети и параметрах обмоток обладает одной статической и множеством динамических механических характеристик (фазовых траекторий переходных процессов).

Детальное изучение электромагнитных переходных процессов в асинхронном двигателе при пуске с полным напряжением показывает, что колебания момента .практически полностью затухают к моменту достижения угловой скоростью значения, соответствующего критическому скольжению на статической механической характеристике. При дальнейшем увеличении угловой скорости двигателя электромагнитные переходные процессы проявляются следующим образом. При скольжении двигателя, меньшем критического, ток в обмотке ротора машины, определяемый по статической характеристике ( 7.38), резко изменяется с изменением угловой скорости. Однако из-за влияния индуктивности обмоток машины ток ротора не успевает измениться так, как это следует из зависимости со = / (/2) ( 7.38). Очевидно, чем больше жесткость рабочего участка статической механической характеристики и чем меньше момент инерции ротора двигателя, тем в большей степени изменение токов будет отставать от из-

менения угловой скорости. В результате влияния этих факторов при синхронной угловой скорости двигателя токи ротора могут быть не равны 0, поэтому соответственно момент двигателя не равен 0, и ротор разгоняется до угловой скорости, превышающей синхронную. Далее, токи ротора уменьшаются, уменьшается момент, развиваемый двигателем, а значит, уменьшается угловая скорость и т. д. Поэтому в конце переходного процесса пуска изменения угловой скорости и момента двигателя имеют затухающий колебательный характер. Чем мягче рабочий участок статической механической характеристики (L и чем больше' момент инерции ротора, тем меньше амплитуда этих ta0(1-SK) колебаний и тем быстрее они затухают. Практически колебания у г-

тивностей многофазных обмоток машин переменного тока на характер переходных процессов исходят из того положения, что в двигателе вращающиеся магнитные поля (см. 2.3) создаются принужденными составляющими фазных токов. Результирующим действием свободных токов фазных обмоток является неподвижное в зазоре двигателя магнитное поле. Налагаясь на вращающуюся с синхронной скоростью принужденную составляющую, неподвижная свободная составляющая поля периодически ослабляет или усиливает поле в зазоре машины, вызывая колебания момента и скорости двигателя в процессе разбега двигателя. Приведенные на 5.10,в графики пуска асинхронного двигателя построены с использованием статической механической характеристики двигателя. Колебания момента и скорости, вызванные свободными составляющими токов в фазах двигателя, будут происходить в соответствии с 5.18, на котором приведены графики й)(0 и M(t) пуска асинхронного ко-роткозамкнутого двигателя, полученные экспериментально. Применение асинхронных короткозамкнутых двигателей в ответственных приводах требует учета колебательности момента при пуске. Мерой борьбы с колебаниями момента в таких приводах может быть применение асинхронных двигателей с фазным ротором при включении в их роторную цепь добавочных резисторов, что приводит к быстрому затуханию свободных составляющих фазных токов, или специальных устройств питания асинхронных короткозамкнутых двигателей, позволяющих плавно

На 2.4 приведены типичные осциллограммы пуска АД соответственно при нулевых и благоприятных ненулевых начальных электромагнитных условиях, соответствующих (2.6). Изменение момента при прямом пуске с нулевыми начальными электромагнитными условиями имеет колебательный характер. При включении АД с начальными электромагнитными условиями по (2.6) пики переходных моментов отсутствуют и значение момента в течение всего периода разгона мало отличается от его значения, рассчитанного по статической механической характеристике. Процесс пуска приближается к равноускоренному, а время пу-

Природа динамического момента в значительной мере определяется тем, что при достаточно быстром изменении скорости двигателя момент его не успевает принять значения, соответствующего статической механической характеристике, — статическая характеристика искажается.

В результате электромагнитных переходных процессов возникающие при пуске, реверсе и торможении асинхронного двигателя переходные токи в обмотках статора и ротора и определяемый ими электромагнитный момент изменяются по сложным колебательным зависимостям. При этом мгновенные значения момента двигателя могут в несколько раз превосходить моменты по статической механической характеристике, что обусловливает повышенные динамические нагрузки на элементы механической передачи ЭП и исполнительные органы рабочих машин. Характер электромагнитных

Наличие переменной составляющей в общем комплексе нагрузок, действующих на элементы подъемной системы, даже при незначительной по сравнению со статической нагрузкой абсолютной величине обусловливает возможность развития явления усталости металла. Время неустановившихся режимов оказывает существенное влияние на среднюю скорость перемещения инструмента, а следовательно, и на производительность буровой установки.

Если инструмент допускает перегрузку на 5% по сравнению с максимальной статической нагрузкой, для труб из стали марки Е допускается наложение клиньев на инструмент, перемещающийся со скоростью 0,3—0,5 м/с ( 40).

По типовому графику нагрузки электродвигателя привода буровой лебедки нагрев обусловлен разгоном инструмента и подъемной системы; статической нагрузкой в период установившегося движения; вспомогательными операциями и торможением (при использовании противовключения). В процессе установившегося движения, занимающем основную долю машинного времени, а также при вспомогательных операциях момент нагрузки близок к номинальному. Противовключение практически не применяется. При разгоне асинхронного электродвигателя с фазным ротором пропорциональность тока моменту нарушается, причем пусковой ток в 2,5—3,5 раза превышает усташ> вившееся значение.

Для привода компрессора со статической нагрузкой Яст = = 900 кВт или Л4СТ = 1 1 800 Н • м используется асинхронный двигатель с фазным ротором, имеющий следующие номинальные данные: />ном = 1000 кВт, У! = 6000 В; /t = 1 18 А; яном = 735 мин-i Ком = 77 с-*; <вс = 78,5 с-') ; бном = 0,02; cos фном - 0,87; t) = = 94,3о/0 ; MHOM == 1300 Н • м; UStmu = 1050 В; /2ном = 565 А; г, =0,587 Ом (/•] =0,0181 Ом); /-„ = 0,0214 Ом (r'z =0,695 Ом); &е = 5,71; А"р = 0,257. При эксплуатации компрессора необходимо регулировать частоту вращения электродвигателя в пределах D = = 1,5: 1; поэтому система управления им принята с использованием АВК. Необходимо выбрать основные элементы АВК и определить энергетические показатели электропривода при работе компрессора на минимальной частоте вращения.

Для привода компрессора со статической нагрузкой Яст = = 900 кВт или Л4СТ = 1 1 800 Н • м используется асинхронный двигатель с фазным ротором, имеющий следующие номинальные данные: />ном = 1000 кВт, У! = 6000 В; /t = 1 18 А; яном = 735 мин-i Ком = 77 с-*; <вс = 78,5 с-') ; бном = 0,02; cos фном - 0,87; t) = = 94,3о/0 ; MHOM == 1300 Н • м; UStmu = 1050 В; /2ном = 565 А; г, =0,587 Ом (/•] =0,0181 Ом); /-„ = 0,0214 Ом (r'z =0,695 Ом); &е = 5,71; А"р = 0,257. При эксплуатации компрессора необходимо регулировать частоту вращения электродвигателя в пределах D = = 1,5: 1; поэтому система управления им принята с использованием АВК. Необходимо выбрать основные элементы АВК и определить энергетические показатели электропривода при работе компрессора на минимальной частоте вращения.

Если условно рассматривать обмотку как кольцо, имеющее несколько опор и нагруженное равномерно сжимающей статической нагрузкой, то критическое напряжение, Па, при превышении которого произойдет потеря его устойчивости, определится как

Выбор системы электропривода и режимы работы ее в значительной степени определяются статической нагрузкой, создаваемой механизмом на валу приводного двигателя. Величина и характер статической нагрузки двигателя механизмов прерывистого действия существенно зависят от кинематической схемы и природы сил, определяющих сопротивление движению. Если в подъемных лебедках основной силой сопротивления является вес поднимаемого груза (активная сила), то в механизмах передвижения и вращения — реактивная сила трения. В неуравновешенной подъемной лебедке (без противовеса), направление действия активной силы не зависит от массы груза, в'то время как в уравновешенной подъемной лебедке (с противовесом) направление результирующей силы определяется массой перемещаемого груза. Нормальная, отвечающая всем требованиям технологического процесса работа механизма циклического действия

Тормозное усилие FT при проектировании для повышения точности остановки выбирают возможно большим. Увеличение тормозного усилия увеличивает среднее ускорение при торможении и при прочих равных условиях уменьшает его относительные отклонения, так как тормозное усилие является более стабильным, чем другие параметры. Если для механизма характерны значительные пределы изменения статической нагрузки, усилие тормоза в расчетах можно полагать постоянным, принимая Л/v = 0. Для механизмов с относительно мало меняющейся статической нагрузкой необходимо учитывать возможность изменения усилия тормоза на ±(10...20) % из-за ряда факторов, не поддающихся строгому учету (случайные изменения коэффициента трения, настройки тормоза и т.п.).

Определение мощности электроприводов конвейеров. Мощность электропривода конвейера определяется в соответствии с расчетной статической нагрузкой FCT и заданной скоростью движения конвейера v:

Выбор системы электропривода и режимы его работы в значительной степени определяются статической нагрузкой, создаваемой механизмом на валу приводного двигателя. Значение и характер статической нагрузки двигателя механизмов прерывистого действия существенно зависят от кинематической схемы и природы сил, определяющих сопротивление движению. Если в подъемных лебедках основной силой сопротивления является вес поднимаемого груза (активная сила), то в механизмах передвижения и вращения — реактивная сила трения. В неуравновешенной подъемной лебедке (без противовеса) направление действия активной силы не зависит от массы груза, а в уравновешенной подъемной лебедке (с противовесом) направление результирующей силы определяется массой перемещаемого груза. Нормальная, отвечающая всем требованиям технологического процесса работа механизма циклического действия зависит от правильного выбора электропривода и системы электроснабжения.