2.3.3. Характеристики приводимых механизмов

Поведение системы двигатель-механизм в переходном процессе после возмущения определяется взаимодействием электромагнитного момента двигателя и момента сопротивления механизма.

Момент сопротивления, создаваемый механизмом, в общем виде зависит от угловой скорости вращения :

где М_тр – момент трения;

k – коэффициент загрузки;

М_ном – номинальный момент;

γ - показатель степени, характеризующий данный механизм;

₀=2f=314 рад/c.

Если двигатель непосредственно (без редуктора) приводит во вращение механизм, угловые скорости механизма и двигателя равны. В этом случае можно записать:

.

Рассмотрим теперь характеристики различных механизмов по скольжению. При γ = 0 момент сопротивления М_с = kМ_ном не зависит от скольжениия (зависимость а на рис. 2.18). Такую характеристику имеют такие механизмы, как шаровые мельницы, транспортеры, поршневые компрессоры и др.

При γ = 1 момент сопротивления пропорцио­нален скорости вращения (скольжению) агрегата (зависимость б на рис. 2.18). Такую характери­стику имеет, в частности, генератор постоянного тока, работающий на постоянную нагрузку.

Рис. 2.18. Характеристики различных механизмов

При γ = 2 момент сопротивления имеет квадратичную зависимость от скольжения (зависимость в на рис. 2.18). Эту характе­ристику называют характеристикой вентиляторного типа, поскольку такую характеристику имеют вентиляторы, дымососы, центробежные насосы, гребные валы и др.

2.3.4. Влияние режима электрической системы на режим нагрузки

Качество работы электрической системы определяется двумя показателями: частотой системы и напряжениями в узлах нагрузки. Частота, поддерживаемая в системе на заданном уровне, зависит от баланса активных мощностей; уровни напряжения в узлах – от баланса реактивных мощностей. Нарушение баланса по активной мощности приводит к изменению частоты, по реактивной – к изменению напряжений.

Наиболее часто встречаются случаи, когда из-за увеличения нагрузок снижается напряжение в узлах. Медленное снижение напряжения вызывает изменение потребляемой нагрузками мощности в соответствии с их статическими характеристиками (см. рис. 2.17). В окрестностях нормального режима практически все нагрузки имеют положительный peгулирующий эффект реактивной мощности по напряжению, то есть уменьшают потребление реактивной мощности при уменьшении напряжения. Это позволяет восстановить баланс по реактивной мощности при небольшом снижении напряжения и таким образом стабилизировать режим.

При уменьшении напряжения асинхронные двигатели увеличивают скольжение, не меняя активной мощности. У синхронных изменяется положение ротора относительно синхронной ocи, увеличивается угол δ, активная мощность не меняется. Так продолжается до тех пор, пока напряжение не станет таким, при котором максимальная развиваемая двигателем мощность Р_м станет равной мощности нагрузки Р_о. В этом состоянии двигатели устойчиво работать не могут и, как говорят, опрокидываются: асинхронные тормозятся вплоть до остановки, синхронные двигатели выпадают из синхронизма. Напряжение, при котором опрокидываются двигатели, называется критическим напряжением U_кр.

Как только двигатели опрокинутся и начнут тормозиться, увеличивается потреб­ление ими реактивной мощности (отрицательный регулирующий эффект) и напряжение на зажимах двигателей начинает резко падать, так как увеличивается падение напряжения питающей сети. Если двигатели не будут отключены от сети, может возникнуть так называемая "лавина напряжения", то есть резкое, лавинообразное снижение напряжения на шинах нагрузки. Лавина напряжения наступает, как правило, при снижении напряжения до 65-70 % от номинального значения.

Остановка двигателей, оставшихся подключенными к сети, приводит к повреждению изоляции обмоток из-за перегрева, так как в обмотках остановленного двигателя проте­кает ток по величине, равный пусковому.

В настоящее время двигатели подключаются к питающей сети через автоматические коммутирующие аппараты (магнитные пускатели, автоматические выключатели и др.), кото­рые реагируют на увеличение тока и отключают двигатели от сети. Поэтому в реальных ус­ловиях возникновение лавины напряжения маловероятно, но снижение напряже­ния может привести к нарушению технологического процесса и соответственно к большим материальным убыткам предприятия.

При возникновении дефицита активной мощности частота в электрической системе снижается. Влияние изменения частоты на условия опрокидывания асинхронных двигате­лей можно проследить по зависимостям (2.9а):

Учитывая зависимость индуктивного реактивного сопротивления от частоты х=L, видим, что при уменьшении частоты увеличиваются крити­ческое скольжение s_кр и максимальное значение мощности двигателя Р_max , что приводит к увеличению диапазона устойчивой работы двигателя (рис. 2.19).

Рис. 2.19. Влияние изменения частоты на работу асинхронных двигателей

В соответствии с (2.11) реактивная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, имеет две составляющие:

мощность рассеяния

_;

и мощность намагничивания

.

Учитывая, что Р=М, и принимая, что М = сonst, получим . Тогда , а .

Отсюда видно, что со снижением частоты составляющая Q_s уменьшается, а составляющая Q_μ, напротив, возрастает (рис. 2.20).

Рис. 2.20. Изменение реактивной мощности, потребляемой асинхронным двигателем, и ее состав­ляющих при изменении частоты сети

Соотношение между этими двумя составляющими таково, что при небольшом снижении частоты уровень устойчивости двигателей нагрузки растёт. Однако при значительном снижении частоты потребление реактивной мощности увеличивается, что может привести к существенному снижению напряжения в питающей сети и стимулировать развитие лавины напряжения.