Статическая устойчивость асинхронных тяговых двигателей

Условия статической устойчивости АТД при питании их от преобразователя частоты и регулировании по заданному закону существенно отличаются от условий статической устойчивости обычных асинхронных двигателей, питаемых от сети с неизменными напряжением и частотой.

У последних предел статической устойчивости определяется критическим, максимально допустимым скольжением, которому соответствует строго определенный максимальный, предельно реализуемый момент. Увеличение нагрузки на валу свыше этого предельного момента приводит к «опрокидыванию» двигателя, переходу его на неустойчивую часть механической характеристики и остановке. Если питающая цепь при этом не отключится, то двигатель будет находиться в режиме короткого замыкания.

При заданных напряжении и частоте конкретному двигателю соответствует определенный критический момент, который является максимально возможным моментом. С ростом напряжения критический момент возрастает.

При частотном регулировании для асинхронного двигателя с заданными параметрами максимальный и критический моменты могут отличаться. Целесообразно назвать максимальным моментом предельный момент, который может быть реализован при намеченном регули

ровании параметров (напряжении, частоте тока статора и частоте тока ротора). При частотном регулировании максимальный момент может быть получен при небольшом напряжении в начале разгона. Для заданных условий регулирования критические моменты, при которых будет нарушена статическая устойчивость, всегда меньше максимального и даже могут быть значительно меньше номинального. Они располагаются на некоторой граничной кривой. Ниже пояснены эти соображения и дан метод расчета как максимального, так и критического момента.

Для численных оценок условий статической устойчивости целесообразно использовать выражение (7.9).

Взяв частную производную по /₂ от правой части выражения (7.9) и приравняв ее нулю:

Если принять во внимание, что cost|)_2K = 0,701 при г₂ = 2л/_2К?₂„ a cos\f j„ ом ~ 0,99 для номинального режима, то получим

(7.18)

Из выражения (7.18) следует, что максимальные моменты могут быть реализованы в режиме разгона в зоне скоростей 0-о_ном. когда есть возможность поддерживать значительный магнитный поток. Обычно он равен (1,15ч-1,05)Ф_НоМ, и тогда

= (0,55^-0,66) .

"*ном /«ном

Поскольку кратность частот /,_Н//_:110М находится, как правило, в пределах 6-8, то кратность моментов М_тях/М„_ом будет находиться в пределах 3,3-5,3.

Для ЭПС в режиме разгона, когда сохраняется значительным магнитный поток, статическая устойчивость не служит ограничением в реализации требуемых моментов и силы тяги, поскольку последние обычно не превышают двойного значения по отношению к номинальному по условиям сцепления.

В диапазоне скоростей о„₀м - о_тах, где поддерживается напряжение неизменным, критические моменты становятся значительно меньшими максимальных, реализуемых при разгоне. Для этого случая

Допуская ДЛЯ скоростей О_НОм - О_тах без большой погрешности фазное напряжение АТД раным фазной ЭДС, т. е. и_г = ?_ь получим

На рис. 7.4 представлены кривые критических моментов с различными условиями регулирования фазного напряжения. Из них следует, что если начать ослабление магнитного потока при скорости (0,3-г-0,4) и_ном, то критический момент на максимальной скорости сильно отличается от максимального момента при наибольшем магнитном потоке и может быть значительно меньше номинального.

Такие условия могут возникать для электропоездов метрополитена, где целесообразно по возможности при меньшей скорости выйти на номинальное напряжение и отключить импульсный регулятор напряжения с целью сокращения потерь в нем.

Для электропоездов метрополитена дополнительные трудности и ограничения из-за статической устойчивости могут быть связаны с режимами электрического торможения. Для сокращения времени торможения обычно требуется тормозной момент, близкий к номинальному на скорости двойной по отношению к номинальной.

На ЭПС переменного тока потери во входном звене - регулируемом выпрямителе - значительно меньше, чем в импульсном регуляторе, поэтому переход на ослабление магнитного потока может осуществляться на большей скорости, если это целесообразно по другим причинам.

Работа на границе по условиям статической устойчивости нецелесообразна, так как при этом будет иметь место коэффициент мощности по первым гармоникам фазных тока и напряжений для ротора, равный 0,7. Несмотря на ослабленный магнитный поток в зоне повышенных скоростей коэффициент мощности для всей машины будет еще меньше, что отражено иа рис. 7.5, и составит примерно 0,6-0,65. Фазный активный ток при постоянстве мощности в зоне регулирова

ния скоростей Оном - ^тах сохранится на уровне номинального тока, поэтому работа в режиме, близком к критическому, приведет к росту действующего значения тока из-за увеличения его реактивной составляющей. При этом для сохранения активной мощности действующее значение тока по сравнению, например, с режимом при коэффициенте мощности 0,8 возрастет в 0,8/0,6 = 1,33 раза, а потери в обмотках возрастут в 0,8/0,6* = 1,77 раза.