Составляющие статической механической характеристики
Рассмотрим процесс протекания по обмоткам статора системы токов (в общем случае значения A и A не равны 0).
Если каждая из этих функций является периодической. Таким образом, можно считать, что токи в обмотках представляют собой систему постоянных токов (симметричную или несимметричную) и систему токов различных частот, кратных друг другу в каждой из фаз. Для наиболее распространенного случая, когда, в обмотках статора имеет место несимметричная система трехфазных переменных токов кратных частот. При вращающееся поле не возникает, а возникают качающиеся поля, подробно рассмотренные в гл. 1.
Несимметричная система синусоидальных токов может быть разложена на системы токов прямой обратной /в и нулевой /о последовательностей в соответствии с методом симметричных составляющих. Прямая и обратная последовательности токов данной частоты
Частота создают в двигателе соответственно прямое и обратное вращающиеся поля, определяющие работу двигателя на механических характеристиках двигательного режима и режима противовключения. Эти характеристики могут быть выражены аналитически для данного значения частоты при данных величинах A где — номер гармонической составляющей. Токи нулевой последовательности приводят к возникновению поля однофазного синусоидального тока. Число полюсов этого поля равно утроенному паспортному числу полюсов машины. В свою очередь, это поле может быть разложено на прямое и обратное вращающиеся поля с утроенным числом полюсов.
Поле несимметрично протекающего по статору постоянного тока считается вращающимся с частотой, равной 0, с числом полюсов, равным паспортному числу полюсов машины, в то время как поле симметрично протекающего по статору постоянного тока считается
вращающимся с частотой, равной 0, с трехкратным числом полюсов (см. гл. 4). При определении момента полями всех гармоник н. е., начиная с пятой, можно пренебречь ввиду малости соответствующих обмоточных коэффициентов.
Исходя из вышесказанного, уравнение для статической механической характеристики двигателя может быть записано следующим образом: где первый член представляет собой -сумму моментов от вращающихся полей, а второй член — сумму моментов неподвижных полей (моментов динамического торможения), причем и — составляющие для двигательной и тормозной характеристик соответственно.
Согласно таблице, представленной на рис. 6-3, возникновение составляющих результирующей статической механической характеристики асинхронного двигателя происходит следующим образом:
1. Первая гармоника поля от первой гармоники тока определяет работу двигателя по механической характеристике для двигательного режима. Момент для этой кривой характеристики асинхронного двигателя делятся по обычным форме тока статора соотношениям.
Кривая 1 — механическая характеристика для прямого поля; кривая 5 — для обратного; кривая С — суммарная механическая характеристика.
2. Первая гармоника н. с. второй гармоники тока создает поле противовключения с удвоенной синхронной
скоростью. Это поле несколько уменьшает значения двигательных моментов, определенных двигательной механической характеристикой (кривая 6 для прямого и кривая 2 для обратного поля).
3. Первая гармоника н. с. от третьей гармоники тока создает однофазное поле (пульсирующее с трехкратной частотой), влиянием которого на работу асинхронного двигателя можно, как правило, пренебречь (кривые 3, 7).
4. Пренебрежимо мало [Л. 60] в большинстве случаев также и влияние на работу двигателя третьей гармоники поля от третьей гармоники тока, синхронная скорость для которого равна паспортной (кривая 10).
5. Первая гармоника н. с. от постоянной составляющей тока создает поле несимметричного динамического торможения.
6. Третья гармоника н. с. от постоянной составляющей тока создает поле симметричного динамического торможения.
7. Третья гармоника н. с. от токов частоты нулевой последовательности создает однофазное поле с утроенным числом полюсов, существенно искажающее механическую характеристику.
Одновременно с этим возникают качающиеся поля в результате взаимодействия: 1) токов прямой и обратной последовательности основной гармоники с несимметричным полем постоянного тока (частота качания равна частоте основной гармоники); 2) токов прямой и обратной последовательности второй гармоники с несимметричным полем постоянного тока (частота качания равна удвоенной частоте основной гармоники).
Прочие взаимодействия легко установить при рассмотрении таблицы, представленной на рис. 6-3.
Следует отметить, что анализ рассмотренных явлений для токов, имеющих периодический характер, может быть формально распространен на случай питания обмоток статора двигателя токами произвольной, непериодической формы.
В этом случае может быть произведен только графоаналитически, что требует наличия кривой.
Однако следует иметь в виду, что пренебрежение насыщением стали недопустимо в диапазоне частот меньшем чем требуется особенно значительная форсировка напряжения. В указанном диапазоне для поддержания паспортного значения опрокидывающего момента необходимо в 2—2,5 раза увеличивать напряжение, и, соответственно, ток статора. Поэтому в области малых частот (ниже 0,2—0,1) работу асинхронного двигателя в системах частотного управления можно считать нецелесообразной. Механические характеристики асинхронного двигателя типа АО 71-4 при различных частотах синусоидального статорного тока показаны на рис. 6-4. (Результаты получены в ИЭМ АН СССР В. А. Щедровичем в 1961 г.). Кратности изменения активного и реактивного сопротивления ротора для асинхронных двигателей с двойной беличьей клеткой и с глубоким пазом могут быть определены.
Для анализа работы двигателя при питании его от источника напряжения прямоугольной формы следует разложить кривую питающего напряжения в ряд Фурье. В этом разложении отсутствуют четные и кратные трем гармоники. Тогда форма приложенного напряжения [Л. 65]
