4.5. Энергетика переходных процессов в электроприводах

Потери энергии в электроприводах при переходных режимах пуска, торможения и регулирования скорости имеют существен­ное значение при выборе мощности двигателя и пускорегулирующей аппаратуры.

Потеря мощности в цепи якоря двигателя параллельного возбуждения АР может быть определена согласно зависимости

где Р₁ = UI — мощность, подведенная к двигателю; Р₂ = Мω -мощность на валу двигателя.

Выразив ток якоря через момент, а напряжение через ско­рость идеального холостого хода

получим

Потери энергии за время t

Из уравнения движения электропривода (2.2)

Подставив значение dt в уравнение (4.18) и учитывая что за время t скорость изменится от ω_нач до ω_кон, получим общее выражение для потери энергии

Рассмотрим частный случай — пуск двигателя без нагрузки, т. е. при М_с = 0. В этом случае ω_нач = 0 и ω_кон≈0. Тогда

Таким образом, двигатель потребляет из сети энергию /со², половина которой преобразуется в механическую и передается якорю в виде запасаемой кинетической энергии jω₀²/2 , а вторая половина теряется в цепи якоря, главным образом в пуско­вых сопротивлениях. У асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором эти потерн выделяются полностью в обмотке ротора.

При динамическом торможении вхолостую М_с = 0. Учиты­вая, что двигатель отключается от сети, скорость идеального холостого хода ω₀ =U/cФ в уравнении (4.19) равна нулю. Тогда потери энергии при ω_нач=ω₀ и ω_кон=0 будут

где ω₀ — скорость вращения при М_с = 0 перед началом тормо­жения.

Из уравнения (4.21) видно, что потери энергии в цепи якоря (ротора) двигателя равны запасенной кинетической энергии.

При торможении противовключением у двигателя постоян­ного тока изменяется полярность на якоре, а у асинхронного — напряжение вращающегося магнитного поля, поэтому в уравне­ние (4.19) вместо ω₀следует подставлять (-ω₀). В этом слу­чае При М_с =0, ω_нач= ω₀ и ω_кон= 0

Следовательно, при торможении противовключением двига­теля (при М_с = 0) потери энергии в цепи якоря (ротора) равны утроенному запасу кинетической энергии.

Переходные процессы в замкнутых системах управления электроприводами, которые содержат нелинейные элементы, описываются нелинейными дифференциальными уравнениями. Сложность аналитических методов исследования и расчетов не­линейных систем заставляет применять для анализа машины или заменять реальные нелинейные элементы линейными вводя ряд допуще­ний и используя различные методы линеаризации

Г л а в а 5

ПУСК И ТОРМОЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

5.1. Общие сведения

Пуск электродвигателя заключается в подсоединении его к ис­точнику энергии и разгоне до требуемой скорости. Режим пуска определяется величиной и характером статического и пускового моментов.

В зависимости от соотношений статического и номинального моментов режимы пуска могут быть: легкими, нормальными и тяжелыми.

Если начальный статический момент не превышает 30—40 % номинального, пуск считается легким (пуск центробежных на­сосов и вентиляторов при закрытых задвижках, компрессоров с выхлопом в атмосферу, машинных преобразователей).

Если начальный статический момент больше 40%, но меньше 100 % номинального, то режим пуска считается нор­мальным.

Тяжелым режимом пуска считается пуск, когда начальный статический момент равен или более 100 % номинального. Этот режим пуска характерен для многих горных машин и меха­низмов.

В процессе остановки электропривода в системе действуют инерционные силы, стремящиеся удлинить время останова. По­этому в большинстве случаев для уменьшения времени оста­новки применяется механическое и электрическое торможение.

В этой главе рассмотрены основные способы пуска и элек­трического торможения электродвигателей.