Потери в переходных режимах

Как было показано ранее (см. § 5.2), переходные процессы при быстрых изменениях воздействующего фактора могут сопровождаться большими бросками момента и тока, т.е. значительными потерями энергии, Поставим задачу оценить потери энергии в переходных процессах и найти связи между потерями и параметрами электропривода. Будем учитывать только потери в активных сопротивлениях силовых цепей двигателя, так как именно эта составляющая общих потерь заметно возрастает в переходных процессах.

Анализ проведем лишь для переходных процессов, отнесенных ранее к первым двум группам (см. 5.2 и 5.3), и начнем с важного частного случая, когда фактор, вызывающий переходный процесс, изменяется мгновенно, а процесс протекает в соответствии со статическими характеристиками

Потери энергии в цепи ротора или якоря за время переходного процесса определяются с учетом (6.9) как

(6.10)

Для переходного процесса вхолостую будем иметь:

(6.11)

подставив (6.11) в (6.10) и сменив пределы интегрирования, получим:

После интегрирования получим окончательно

Этот результат универсален, очень прост и очень важен: потери энергии в якорной или роторной цепи за переходный процесс вхолостую ( I при мгновенном появлении новой характеристики зависят толь-

ко от запаса кинетической энергии в роторе при и от начального и конечного скольжений. При пуске и динамическом торможении они составят , при торможении противовключением, при реверсе

. Ни форма механической характеристики, ни время переходного процесса, ни какие-либо параметры двигателя, кроме J и со₀, не влияют на потери в роторе.

Если в асинхронном двигателе пренебречь током намагничивания

И общие потери энергии в асинхронном двигателе при этих условиях составят

Переходный процесс — очень напряженный в энергетическом отношении режим: потери энергии в десятки раз выше, чем за то же время в установившемся режиме.

Для того чтобы оценить потери энергии в переходном процессе под нагрузкой Ф. 0 (другие условия сохраняются), примем, что = const

и (этот случай был детально рассмотрен в § 5.2). Графики

ш(Л/) и ш(0 для пуска показаны на рис. 6.4. Тогда

а потери энергии определяются в соответствии с (6.10) за штрихованным треугольником (рис. 6.4), т.е.

При торможении нагрузка будет снижать потери:

Из изложенного следуют возможные способы снижения потерь энергии в переходных процессах:

уменьшение момента инерции путем выбора соответствующего двигателя и редуктора или замены одного двигателя двумя половинной мощности;

замена торможения противовключением динамическим торможением или использование механического тормоза;

переход от скачкообразного изменения к ступенчатому; при удвоении числа ступеней будет вдвое сокращаться площадь треугольников, выражающих потери энергии;

плавное изменение в переходном процессе.

Рассмотрим подробнее последний способ, реализуемый практически в системах управляемый преобразователь — двигатель.

При плавном изменении в переходном процессе, как это было показано в 5.3, должны уменьшаться потери энергии. Это иллюстрирует рис. 6.5, где сравниваются два случая — прямой пуск вхолостую

(рис. 6.5, а) и частотный пуск вхолостую за время, т.е. при ускорении (рис. 6.5, б) — заштрихованные площади.

При прямом пуске, как уже отмечалось, потери энергии в якорной или роторной цепи определяются площадью заштрихованного треугольника на рис. 6.5, а и составляют

При плавном пуске потери определ яются площадью заштрихованной на рис. 6.5, б трапеции;

(6.16)

Отметим, что выражение (6.16), полученное при аппроксимации реальной кривой скорости (см. § 5.3) прямой линией, справедливо лишь при ; при иных условиях следует использовать более точные модели.

Из изложенного следует, что уменьшая т.е. увеличивая время переходного процесса и снижая момент, можно управлять потерями энергии, снижая их до любого требуемого значения.