Потери в переходных режимах

Как было показано ранее (п.5.2), переходные процессы при быстрых изменениях воздействующего фактора могут сопровождаться большими бросками момента и тока, т.е. значительными потерями энергии. Поставим задачу оценить величину потерь 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 (п.п. 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 (п. 5.2).

Потери энергии в цепи ротора или якоря за время переходного процесса t_пп определяются с учетом (9) как

(10)

Для переходного процесса вхолостую (М_с = 0) будем иметь:

(11)

Подставив (11) в (10) и сменив пределы интегрирования, получим:

После интегрирования получим окончательно

(12)

Этот результат универсален, очень прост и очень важен: потери энергии в якорной или роторной цепи за переходный процесс вхолостую (М_с = 0) при “мгновенном” появлении новой характеристики зависят только от запаса кинетической энергии в роторе при w ₀ 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 w ₀, не влияют на потери в роторе.

Если в асинхронном двигателе пренебречь током намагничивания и считать, что то Тогда а общие потери энергии в асинхронном двигателе при этих условиях составят

(13)

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 М_с № 0 (другие условия сохраняются), примем, что М_с = const и М = М_ср = const, - этот случай был детально рассмотрен в п. 5.2; для пуска графики w (М) и w (t) показаны на рис. 4. Тогда Р₁ = М_срw 0, Р₂ = М_срw , D Р = Р₁- Р₂ (рис. 4), а потери энергии определяется в соответствии с (10)

заштрихованным треугольником, т.е.

или с учетом t_пп = Jw ₀/(М_ср - М_с)

. (14)

Рис. 4. Механические характеристики и потери энергии при пуске

При торможении нагрузка будет снижать потери:

(15)

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

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

замены торможения противовключением динамическим торможением или использование механического тормоза;

переход от скачкообразного изменения w ₀ к ступенчатому; при удвоении числа ступеней будет вдвое сокращаться площадь треугольников, выражающих потери энергии;

плавное изменение w ₀ в переходном процессе.

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

При плавном изменении w ₀ в переходном процессе, как это было показано в п. 5.3, должны уменьшаться потери энергии. Это иллюстрируется на рис. 5, где сравниваются два случая – прямой пуск вхолостую (а) и частотный пуск вхолостую за время t₁ >>T_м, т.е. при ускорении (б) – заштрихованные площади.

а) б)

Рис. 5. Потери при прямом (а) и плавном (б) пуске

При прямом пуске, как уже отмечалось, потери энергии в якорной или роторной цепи определяется площадью заштрихованного треугольника на рис. 5,а и составят

При плавном пуске потери определятся площадью заштрихованной на рис. 5,б трапеции:

(16)

Отметим, что выражение (16), полученное при аппроксимации реальной кривой скорости (см. п. 5.3) прямой линией справедливо лишь при t₁ >>T_м; при иных условиях следует использовать более точные модели.

Из изложенного следует, что уменьшая e , т.е. увеличивая время переходного процесса и снижая момент, можно управлять потерями энергии, снижая их до любой требуемой величины.

к оглавлению

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира