5.3. Переходный процесс в узле нагрузки при пуске асинхронного двигателя

Пусковой режим электропривода, входящего в состав узла ком­плексной нагрузки,— это процесс перехода двигателя, и соответ­ственно рабочего механизма, из неподвижного состояния (ω = 0) в состояние вращения с номинальной угловой скоростью (ω = ω₀).

Пуск двигателя относится к числу нормальных переходных процессов. Во время пуска двигатель должен развивать вращаю­щий момент, необходимый для преодоления момента сопротивления механизма и создания определенной кинетической энергии враща­ющихся масс агрегата. При пуске двигатель потребляет повышен­ное количество энергии, что отражается в увеличении его пускового тока.

Кратность пускового тока по отношению к номинальному составляет 1,5-2 у асинхронных двигателей с фазным ротором и 5-8 у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Повышенный нагрев двигате­ля при пуске накладывает опре­деленные требования к электро­приводу. Для облегчения пуска используют двигатели специаль­ных конструкций и предусмат­ривают различные меры.

Процесс движения асинхрон­ного двигателя описывается уравнением

(5.17)

где - момент сопротивления рабочего механизма; - электромагнитный момент двигателя. Исследуем уравнение (5.17) при разных значениях .

Рис. 5.8. Графоаналитический подход к расчету пуска асинхронного двига­теля

Пусть , т. е. и определяются скольжением. В этом случае статические характеристики , и их раз­ность имеют вид, показанный на рис. 5.8. Разбив на ряд равных интервалов по скольжению , уравнение движения (5.17) на любом интерва­ле можно представить в следующем виде:

или

где - среднее значение избыточного момента на данном интервале . Время от момента пуска двигателя до конца любого п-го интер­вала определяется выражением

(5.18)

Точность определения по (5.18) возрастает с уменьшением , и соответственно с увеличением количества интервалов.

Предположим теперь, что в течение всего процес­са разгона двигателя, и пусть вращающий момент определяется выражением, соответствующим упрощенной схеме замещения дви­гателя:

(5.19)

В этом случае избыточный момент можно записать в виде

(5.20)

а время разгона двигателя от до - в виде

(5.21)

Таким образом, допущение постоянства момента сопротивления приводит к сравнительно простой методике анализа переходного процесса в узле нагрузки при пуске асинхронного двигателя.

5.4. Переходный процесс в узле нагрузки при пуске синхронного двигателя

Синхронный двигатель при пуске подключают к сети невозбуж­денным. Его обмотка возбуждения закорочена или замкнута на со­противление

(5.22)

где - сопротивление обмотки возбуждения двигателя.

Разгоняясь как асинхронный, он достигает частоты вращения, близкой к синхронной и называемой подсинхронной частотой вращения. При этом движение двигателя удовлетворяет уравнению

где при синхронной частоте вращения

После этого подают напряжение на обмотку возбуждения дви­гателя и он, приобретая свойства синхронного двигателя, входит в синхронизм. Таким образом, процесс пуска синхронного двига­теля условно можно разбить на два этапа:

1) разгон до подсинхронной частоты вращения ( ) под действием среднего асинхронного момента;

2) вхождение в синхронизм под влиянием моментов, созданных возбуждением и зависящих от угла между осью ротора и вектором вращающегося поля статора.

На первом этапе определяющее значение имеют начальный тол­чок тока статора и длительность разгона до подсинхронной часто­ты вращения. Начальный толчок периодической составляющей тока статора определяется выражением

(5.23)

где - напряжение в той точке, где оно может быть принято не зависящим от режима работы двигателя; - сверхпереходное сопротивление двигателя; - внешнее сопротивление цепи ста­тора между точкой с напряжением и выводами статора.

Длительность разгона до подсинхронной частоты вращения мож­но определить так же, как и для асинхронного двигателя.

На втором этапе пуска на несинхронно вращающийся ротор синхронного двигателя, кроме асинхронного момента, действуют синхронный момент, зависящий от угла δ и обусловленный возбуж­дением, а также момент сопротивления механизма. Вхождение в синхронизм может произойти только после подачи возбуждения, при котором у двигателя создается дополнительный знакоперемен­ный момент.