Исследование статической устойчивости асинхронной нагрузки при питании их от шин бесконечной мощности

Цели работы:
Познакомиться с методикой исследования статической устойчивости асинхронного двигателя и асинхронной нагрузки на ЭВМ.

Статической устойчивостью асинхронной нагрузки называется способность асинхронного двигателя вернуться в исходный или близкий к нему режим после малых возмущений. Таким возмущением может быть, например, снижение напряжения на двигателе.
Асинхронные двигатели обычно составляют основную часть нагрузки электрических систем и оказывают непосредственное влияние на устойчивую работу всей системы. В определенных условиях работа самих двигателей оказывается неустойчивой. Так, при значительном снижении напряжения на выводах двигателей происходит их опрокидывание и они останавливаются.

В лабораторных работах исследуется устойчивость асинхронной нагрузки. Исследования проводятся для общей схемы, изображенной на рис.1, в которой асинхронный двигатель мощностью Рd вращает производственный механизм с тормозным моментом мощностью PT и питается от независимого источника, имеющего э.д.с. Е, через реактивное сопротивление хС.

Критическое скольжение
где - кратность максимального момента двигателя; Мн – номинальный момент; Mmax – максимальный момент.
Активным сопротивлением цепи намагничивания можно пренебречь, так как rµ << xµ, и тогда индуктивное сопротивление этой цепи
Активное сопротивление статора r1 можно принять равным приведенному активному сопротивлению ротора s≈0
где ΔРмех – механические потери (в лабораторных работах ΔРмех≈0,01⋅Рн );
с1-коэффициент приведения цепи ротора (в лабораторных работах c1=1,03).

Приведенное активное сопротивление фазы ротора при s=1
где - кратность пускового момента Мп двигателя;
- кратность пускового тока Iп двигателя.

Однако для изучения переходных процессов более удобной является Г-образная схема замещения, в которой намагничивающая цепь вынесена к месту приложения напряжения Ud. Для перехода от Т-образной схемы к Г-образной необходимо вычислить коэффициент преобразования
где z1-полное сопротивление статора; zμ- полное сопротивление цепи намагничивания. В лабораторных работах с1 следует принять равным 1,03.

Устойчивость асинхронного двигателя обычно определяют по характеристикам электромагнитной мощности двигателя Pd=f(s) и мощности тормозного момента производственного механизма Pт=f(s). Характеристики имеют две точки пересечения а и б, причем в точке а режим устойчивый, так как при возмущении с ростом скольжения s растет и ускоряющая избыточная мощность двигателя, поэтому скорость двигателя начинает возрастать, скольжение - уменьшаться и первоначальный режим восстанавливается. А в точке б возникает тормозящая избыточная мощность, скольжение продолжает расти и двигатель останавливается. Точка а будет рабочей точкой двигателя, которой соответствует мощность Р0 и скольжение s0.

Если напряжение на шинах снижается, то уменьшается максимальная мощность двигателя Pmax и рабочая точка смещается в сторону увеличения скольжения. Область устойчивой работы асинхронного двигателя при снижении напряжения на двигателе зависит от вида характеристики мощности тормозного момента PT =f (s).
Если характеристика PT = const, то критерий устойчивости двигателя имеет вид
т.е. предельным режимом, с точки зрения устойчивости, является точка sкр, где характеристика Pd =f (s) достигает максимального значения.

Если характеристика мощности тормозного момента PT =f (s) имеет падающий характер, то критерием статической устойчивости двигателя является положительный знак избыточной мощности (dP=dPd-dPт) при увеличении скольжения s , т.е. условие
В этом случае характеристика PT =f (s) имеет отрицательную производную и устойчивая работа двигателя возможна в некоторой области за максимумом функции Pd =f (s) при .

На рис. приведены характеристики асинхронного двигателя и нагрузки для предельного случая. При снижении напряжения на двигателе до Uпред обе характеристики будут иметь только одну общую точку при скольжении sпред , которое лежит в диапазоне 1> sпред> sкр .

В курсах “Электрические машины” и “Электропривод” для асинхронных двигателей обычно строят механические характеристики моментов, а не мощностей ( Md=f(s) и MT = f(s)) .
В лабораторных работах также исследуются характеристики моментов, только построенные в относительных единицах (md=f (s) и mT = f (s) ).
На рис. приведены два вида механических характеристик момента сопротивления нагрузки, построенных в относительных единицах:
а) mT = const ;
б) mT = mтр + (кЗ – mтр)⋅(1-s)γ ,
где mтр – начальный момент трения при s=1;
γ- показатель степени, характеризующий механизм,
кЗ - коэффициент загрузки двигателя

Теория к 3 ЛР
Прежде чем начать изучение устойчивости асинхронного двигателя, необходимо оценить, какую погрешность в расчет полного сопротивления двигателя zd внес переход от полной Г-образной схемы а к упрощенной схеме б.
Для трех режимов полное сопротивление zd можно определить по паспортным данным двигателя. Так, при пуске двигателя (s=1) сопротивление двигателя zd1 определяется по формуле.
Полное сопротивление двигателя в номинальном режиме
а при холостом ходе (s≈0) оно определяется по формуле

Теория к 3 ЛР

Изучение устойчивости асинхронной нагрузки начнем для простейшей схемы (рис.), в которой асинхронный двигатель с моментом md на валу вращает производственный механизм с тормозным моментом мощностью mт и питается от шин бесконечной мощности (Ud=const).
Так как при малых изменениях скольжения в относительных единицах характеристики мощностей и моментов совпадают, то выводы, приведенные выше, в том числе и критерии устойчивости ( ) и ( ), справедливы и для моментов. Следовательно, если характеристика мощности mт=const , то критерий устойчивости двигателя имеет вид
а если характеристика мощности тормозного момента mт=f(s) имеет падающий характер, то критерием статической устойчивости асинхронного двигателя является условие
Запас устойчивости для асинхронного двигателя обычно принимается равным отношению максимального момента на валу двигателя (рис. ) к рабочему моменту:

Рассмотрим устойчивость асинхронной нагрузки при питании ее от шин бесконечной мощности. Здесь есть некоторые отличия. Пусть от шин питается не один двигатель, а группа из нескольких разных двигателей (рис.). Тогда при изучении устойчивости приходится иметь дело с эквивалентным двигателем и нагрузкой с усредненными параметрами, поэтому критерий устойчивости для такого случая обычно упрощают и принимают его, как и для постоянной нагрузки (mт=const):
т.е. предельным принимают скольжение sкр. Связанная с этим неточность создает некоторый дополнительный запас надежности в оценке устойчивости работы двигателей.

Для определения области устойчивой работы асинхронной нагрузки по критерию
построим зависимости максимального момента двигателя mmax=f (Ud) и рабочего момента m0=f (Ud) , где md=mт, от напряжения Ud (рис.). Устойчивая работа асинхронной нагрузки при снижении напряжения возможна до Uкр, при котором mmax=mт. В этом случае коэффициент запаса устойчивости определяется по напряжению

Итак, практический критерий устойчивости асинхронной нагрузки имеет вид
Вычисление производной возможно, если все двигатели нагрузки заменены одним эквивалентным. Однако определение параметров эквивалентного двигателя часто затруднительно, что заставляет искать другие решения, позволяющие подойти к оценке устойчивости асинхронных двигателей в электрических системах, не выделяя их из состава комплексной нагрузки. Это можно сделать по так называемым вторичным критериям устойчивости нагрузки.
Рассмотрим один из таких критериев устойчивости. Для этого необходимо построить зависимости потребляемой двигателем активной Pd=f (Ud) и реактивной Q= f (Ud) мощностей от напряжения Ud (рис.). Эти зависимости, хотя и построены как функции от Ud, отражают определенное изменение скольжения двигателя, так как каждому значению напряжения Ud соответствует свое значение скольжения.

Для начала необходимо рассчитать параметры

Переходим к выполнению лабораторной работы.
Для этого на рабочем столе ищем папку УУН, а в ней папку УУН лабы дельфи, открываем папку и запускаем Lab3
ОЧЕНЬ ВНИМАТЕЛЬНО ЧИТАЕМ ЧТО НАПИСАНО НА ЭКРАНЕ!

Ввод параметров осуществляем из исходных данных

Берем данные из предварительных расчетов

Берем данные из предварительных расчетов

Смотрим на схемы и сопротивления и скриним их, ОНИ НУЖНЫ В ОТЧЕТ

Смотрим, читаем, последний скрин в отчет
Нужно в отчет

СКРИНИМ ДЛЯ ОТЧЕТА
Жмем ДАЛЕЕ
Заполняем согласно графику

Если этап закончен ВЕРНО, нажимаем ДАЛЕЕ, если нет, начинаем первый этап сначала

Параметры нагрузки двигателя смотрим в исходных данных, СО ВТОРОГО ЭТАПА СКРИНИМ КАЖДЫЙ СЛАЙД

Заполняем по графику столбец таблицы 2 с соответствующей гаммой

Для заполнения таблицы 2 снимаем эти характеристики для y=1,2,3. y=2 дана по варианту и её характеристики отстроены ранее, остались 1 и 3. Смотрите на свои данные и вводите параметры.
Заполняем по графику столбец таблицы 2 с соответствующей гаммой

Для заполнения таблицы 2 снимаем эти характеристики для y=1,2,3. y=2 дана по варианту и её характеристики отстроены ранее, остались 1 и 3. Смотрите на свои данные и вводите параметры.
Заполняем по графику столбец таблицы 2 с соответствующей гаммой

Построение зависимостей. Введите значения из таблицы 2. Не забудьте что скриним все слайды. График нужен в отчет

Если этап закончен ВЕРНО, нажимаем ДАЛЕЕ, если нет, начинаем второй этап сначала

В третьем этапе необходимо определить Uкр и Кзап при гамма равной 0,1,2,3 и заполнить таблицу 3. НА ТРЕТЬЕМ ЭТАПЕ СКРИНИМ КАЖДЫЙ СЛАЙД

График в отчет

По очереди вводим значения 0,1,2,3 и снимаем для них характеристики занося данные в табл 3

Вводим значения из табл 3, проверяем и получаем искомые зависимости

Смотрим результаты выполнения 3 этапа, если верно жмем далее, если нет начинаем этап сначала. Если вся работа выполнена верно, зовем преподавателя

Заполняем титульный лист, заполняя отчет, НЕ ЗАБЫВАЕМ ОБРЕЗАТЬ РИСУНКИ, плохо оформленные работы приниматься НЕ БУДУТ
В ОТЧЕТ ВО 2 и 3 ЭТАПАХ ПРИ ГРАФИКАХ С ГАММА ВСТАВЛЯЕМ С ТОЙ ГАММА, ЧТО ДАНА В ИСХОДНЫХ ДАННЫХ