В. А. Тюков электромеханические системы утверждено Редакционно

• Название: В. А. Тюков электромеханические системы утверждено Редакционно
• Дата: 01.02.2020
• Размер: 5.98 Mb.
• Имя файла: tyukov-va-elektromehanicheskie-sistemy_aa8d4e36202.doc
• Тип: Учебное пособие; #106696
• страница: 12 из 81

Ясно, что синтез силовой части различных ЭП проводят в предпо-
ложении синусоидального распределения энергии в рабочем зазоре двигателя и синусоидальных токов установившегося режима, при за-

46

данной номенклатуре управляющих (возмущающих) воздействий и заданной точности воспроизведения момента. Однако реальные полу-проводниковые преобразователи обеспечивают форму токов, отли-чающуюся от синусоидальной формы. Распределение индукции в ра-бочем зазоре реальных двигателей также может существенно отли-чаться от гармонического закона.
Поэтому даже в условиях установившегося режима работы ЭП, ха-
рактеризуемого требуемыми постоянными значениями момента при постоянстве частоты вращения, внутри ЭП имеется источник неста-бильности момента, который должен компенсироваться в замкнутой системе регулирования.
Эта нестабильность может быть полностью устранена или, по крайней мере, существенно снижена путем рационального сочетания преобразователя и двигателя, так как при одинаковых относительных амплитудно-частотных спектрах временного и пространственного рас-
пределения индукции фазовая скорость одинакова для всех гармоник и в создании вращающегося поля принимают участие все гармоники.
Согласование режима несинусоидального питания, обеспечиваю-щего совпадение относительного амплитудно-частотного спектра тока со спектром пространственного распределения относительной индук-ции, может быть также частично возложено на замкнутую систему ре-гулирования. При управлении асинхронным двигателем с одновремен-ным изменением частоты и действующего значения напряжения пре-

образователя возможно изменение частоты и уровня действующего напряжения преобразователя так, чтобы форма кривой тока преобразо-
вателя стала подобной форме пространственной кривой индукции на полюсном делении двигателя.
Неточность настройки ЭП для динамических режимов работы су-
щественно связана с отождествлением электромагнитного момента в статических и динамических режимах работы. В последнее время до-казано, что электромагнитные силы в динамических процессах зависят от токов и их производных по координате перемещения и могут быть представлены суммой статической и динамической составляющих,

причем динамическая составляющая в значительной мере зависит от интенсивности движения. В результате мгновенное значение электро-магнитного момента (m) одной фазы асинхронного двигателя:
47

m = ip	∂ψp	= ip	∂ ( Lp ip + Lcp ic )	,
	∂α		∂α

где индекс «с» относится к статору, а индекс «р» – к ротору; Lcp – вза-имная индуктивность; Lp – индуктивность ротора.
Применяемая в настоящее время форма определения момента соот-ветствует статической составляющей и имеет вид:

mc m = ip ic

∂Lcp

= ip

∂( Lcp ic )

.

∂α

∂α

i=const

i=const

Если настройка ЭП производится на основании статической формы

определения момента,

то допускается относительная неточность в ве-

личине момента

m − mcm

∂ ( Lcp ic )

∂

( Lp ip )

−1

m =

=

,

1 +

m

∂α

∂α

связанная с отношением скоростей изменения потокосцеплений взаи-моиндукции и самоиндукции ротора по координате перемещения. В переходных процессах указанная неточность, воспринимаемая регуля-тором как ошибка, может достигать десятков процентов, и ее компен-
сация в замкнутой системе регулятора момента требует значительных энергетических затрат от источника питания.
3.7. НОВЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО МОМЕНТА ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Предложена инженерная методика расчета электромагнитных мо-ментов асинхронного двигателя (АД) на основе энергобаланса фазы ротора в частных производных, позволяющая существенно упростить решение задачи определения моментов и способствующая дальнейше-му развитию методов исследования.
Прежде всего, отметим некоторые особенности общепринятых подходов к исследованию АД. Величины, характеризующие режим

48

работы, например, электромагнитный момент, вычисляются исходя из приложенного напряжения и полного сопротивления машины. Различ-ные режимы работы или процессы в машине определяются различны-ми сопротивлениями с привлечением теории вращающегося поля. При этом для симметричной машины токи статора или ротора не относят к какой-либо определенной фазе статора или ротора. Следствием ука-занного подхода является независимость взаимного реактивного со-противления от положения ротора.
Пульсационность взаимного реактивного сопротивления на угле поворота связывают с зубчатой структурой и возможной несиммет-ричностью распределения ее по окружности. Последующим введением коэффициентов Картера устраняют пульсационный характер в функ-ции угла поворота. Подчеркнем, что общепринятый подход устанавли-
вает некоторую независимость только полного взаимного реактивного сопротивления АД от угла поворота ротора, обусловленного взаимо-действием всех фаз статора и ротора.
Из приведенных положений следует, что в установившемся режиме работы полное сопротивление машины постоянно, и пульсация элек-тромагнитного момента, а следовательно, и частоты вращения могут иметь место только за счет синусоидального изменения напряжения с частотой источника питания. Однако экспериментальные исследова-ния частоты вращения установившегося режима работы АД устанав-ливают наличие пульсаций при любых скоростях движения. Причем амплитуда и частота пульсаций различны и зависят от скорости дви-жения. Минимальные пульсации частоты вращения имеют место в ре-жиме, близком к идеальному холостому ходу. Известные зависимости для определения электромагнитного момента в установившемся режи-ме работы не могут объяснить факт наличия указанных пульсаций.
Рассмотрим установившийся режим постоянства скорости враще-ния АД с фазным ротором. Принимаем, что магнитная цепь машины линейна, и число пар полюсов ротора равно числу пар полюсов стато-ра. Поскольку для установившегося режима мгновенная частота вра-щения может быть принята постоянной, то рассматриваемый режим характеризуем постоянством средней частоты вращения. Здесь и в дальнейшем под частотой вращения ротора (ωр) принимаем ее среднее значение (ω_{р ср} = ω_р).
49

Для упрощения выкладок считаем, что каждая из фаз статора под-ключена к регулируемому источнику тока, обеспечивающему закон изменения тока в фазе

i_c= I _msin(ω t − ϕ_ф).

Предусматривая экспериментальную проверку полученных результа-тов теоретических исследований, определим на первом этапе значение электромагнитного момента АД в номинальном режиме работы. Со-

гласно методике первичным является уравнение цепи фазы ротора в частных производных

−ip rp =	∂ψ ip	+	∂ψвн	+ ω		∂ ( ψ ip + ψвн )	.
	∂t		∂t		р	∂α
Введем понятия индуктивности и взаимоиндуктивности