67544

Качания ротора синхронного двигателя. Уравнения электромагнита постоянного тока. Качания ротора синхронного двигателя

Лекция

Производство и промышленные технологии

Качания ротора синхронного двигателя. При работе синхронной электрической машины подключенной к сети бесконечной мощности возможны качания ротора. При отклонении продольной оси ротора-индуктора от оси МДС возникает момент который стремится вернуть ротор в нейтральное положение.

Русский

2014-09-12

339.5 KB

5 чел.

ЛЕКЦИЯ 20

Качания ротора синхронного двигателя.

Уравнения электромагнита постоянного тока.

Качания ротора синхронного двигателя.

При работе синхронной электрической машины, подключенной к сети бесконечной мощности, возможны качания ротора. В сети действует симметричная трехфазная система напряжений:

Видно, что вектор системы напряжений статора вращается с постоянной угловой скоростью ω1. Вектор МДС статора вращается с той же скоростью. При отклонении продольной оси ротора-индуктора от оси МДС возникает момент, который стремится вернуть ротор в нейтральное положение. Это подобно действию пружины, которая тянет ротор за магнитным полем статора. В результате ротор совершает колебательные движения относительно поля статора.

Для получения уравнений движения ротора запишем уравнения обобщенной электрической машины, соответствующей синхронной машине с одной парой неявно выраженных полюсов и с возбуждением от постоянных магнитов:

Здесь ud, idнапряжение и ток продольной фазы обобщенной машины; uq, iqнапряжение и ток поперечной фазы; r, Lактивное сопротивление и индуктивность фазы; Ψ – потокосцепление продольной фазы с магнитным потоком рото-

ра-индуктора; ω – частота вращения ротора; α – угол поворота ротора; Jмомент инерции ротора.

Статический момент отсутствует. Компоненты вектора напряжений статора в установившемся режиме определяются выражениями

             (20.1)

            (20.2)

 

При возникновении колебаний вектор напряжений статора на плоскости d, q  отстает на угол  относительно его положения в установившемся режиме. Тогда вектор напряжений на плоскости  d, q  получает приращение , компоненты которого в проекциях на оси d, q  определяются выражениями

            (20.3)

            (20.4)

Рис. 20.1. Пространственная векторная диаграмма синхронной машины

Без учета электромагнитных переходных процессов уравнения синхронной машины в отклонениях от установившегося движения примут вид:

           (20.5)

         (20.6)

            (20.7)

            (20.8)

Выразим из уравнения (20.5) ток  и полученное выражение подставим в уравнение (20.6):

          (20.9)

     (20.10)

Здесь обозначено  x = ω1L.

Выразим из уравнения (20.10) ток   и подставим полученное выражение в уравнение (20.7):

      (20.11)

В краткой форме получаем систему дифференциальных уравнений

              (20.12)

           (20.13)

Здесь постоянные коэффициенты  c1, c2 определяются выражениями:

Система дифференциальных уравнений (20.12), (20.13) имеет характеристическое уравнение

= 0

или

p2 + c2p + c1 = 0.

Его корни имеют вид

При отрицательном значении подкоренного выражения получаются комплексные корни

которым соответствует решение

График такого процесса приведен на рис. 20.2.

Рис. 20.2. График угла отклонения оси ротора

от установившегося вращения

Затухание колебаний связано с коэффициентом с2, обусловленным скоростной демпфирующей компонентой электромагнитного момента.

Уравнения электромагнита постоянного тока.

Рассмотрим электромагнит поступательного движения, показанный на рис. 20.3. Электромагнит имеет сердечник, якорь, обмотку управления, возвратную пружину и опоры для якоря. Направляющие поступательного движения и объект управления не показаны.

Рис. 20.3. Электромагнит поступательного движения

Электромагнит имеет следующие параметры: r активное сопротивление обмотки управления; w – число витков обмотки; lc – длина средней силовой линии по сердечнику и по якорю (показана штриховой линией); mмасса подвижных частей электромагнита; Sплощадь поперечного сечения сердечника и якоря; cкоэффициент жесткости пружины; δ0 – длина воздушного зазора при расслабленной пружине.  

Независимая переменная – напряжение питания u; зависимые переменные: iток обмотки управления; Ф – магнитный поток; Bмагнитная индукция в сердечнике и в зазоре, Hc – напряженность магнитного поля в сердечнике и в якоре; Hδ – напряженность магнитного поля в рабочем воздушном зазоре; xперемещение якоря, отсчитываемое от положения расслабленной пружины; vскорость движения якоря; δ – длина зазора между сердечником и якорем; Fэ – сила притяжения электромагнита; Fп – сила противодействующей пружины.

Всего имеется десять зависимых переменных.

Электромагнит описывается следующими уравнениями. Уравнение баланса напряжений   

         (20.14)

уравнение кинематики

          (20.15)

уравнение динамики

        (20.16)

формула электромагнитной силы

        (20.17)

формула силы упругости пружины

         (20.18)

уравнение связи между перемещением якоря и длиной зазора

         (20.19)

уравнение по закону полного тока

        (20.20)

уравнение связи между магнитным потоком и магнитной индукцией

         (20.21)

уравнение кривой намагничивания для стали сердечника и якоря

         (20.22)

уравнение связи между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в зазоре

         (20.23)

Видно, что количество уравнений – 10 равно числу зависимых переменных. Значит, система уравнений (20.14) – (20.23) является замкнутой. Для ее решения  нужно  задать  начальные  условия  для  переменных  Ф, x, v,  а  также

закон изменения напряжения u.

Рис. 20.4. Переходные процессы при включении

электромагнита постоянного тока

На рис. 20.4  представлены графики тока i, магнитного потока Ф, скорости движения  v и перемещения якоря x  при включении электромагнита на постоянное напряжение. Все время переходного процесса можно разделить на четыре периода. На первом этапе якорь неподвижен, а ток и магнитный поток возрастают по экспоненциальному закону до значений, при которых электромагнитное усилие равно усилию предварительно растянутой пружины.

На втором этапе ток обмотки нарастает почти до установившегося значения, якорь почти остается на месте и приобретает небольшую скорость. На третьем этапе происходит разгон якоря до большой скорости и его перемещение до соприкосновения с сердечником электромагнита. В это время происходит значительное увеличение магнитного потока Ф и уменьшение тока i. Это объясняется резким уменьшением суммарного магнитного сопротивления и наведенной  потоком  Ф  ЭДС, направленной против тока согласно равенству

 На четвертом этапе якорь неподвижен, а ток и магнитный поток растут до установившихся значений как в катушке с сердечником.

Вопросы для самопроверки

1. Объясните, что означает качание ротора синхронной машины.

2. Какие допущения приняты при анализе движения ротора синхронной машины?

3. Запишите уравнения обобщенной машины, соответствующей синхронной машине с неявно выраженными полюсами.

4. Почему в установившемся режиме ток поперечной фазы равен нулю?

5. Как изменятся уравнения обобщенной машины, если электромагнитные процессы не учитываются?

6. Нарисуйте пространственную векторную диаграмму синхронной машины в осях d-q.

7. Наличие какой компоненты электромагнитного момента обеспечивает затухание колебаний ротора синхронной машины?

8. Чем отличаются параметры электромагнита от зависимых переменных?

9. Что нужно задать дополнительно к уравнениям электромагнита, чтобы получить единственное решение?

10. Какой порядок имеет электромагнит как динамическая система?

11. Почему на первом этапе переходного процесса якорь электромагнита неподвижен?

12. Как объяснить, что на третьем этапе переходного процесса магнитный поток электромагнита растет, а ток в обмотке уменьшается?     

13. Когда электромагнитная постоянная времени обмотки электромагнита больше – в начале переходного процесса или в конце?                                                                                  


0

~

0

α

t

jxI0

~

A

A0

α

x0

α

~

α

~

α1

uq0

ud0

U0

U

U

q

d

I0

rI0

ω1Ψ

0

x

Ф

i

v

i

x

v

i

Ф

v

x

t


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1761. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНАТОВ РЗЭ И АЛЮМИНИЯ ДЛЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ 1.44 MB
  Физико-химические и люминесцентные свойства гранатов, основные способы соединения со структурой граната, кристаллохимические особенности соединений со структурой гранат, термостимулированная люминесценция в соединениях со структурой граната.
1762. Об итерационных методах решения операторных уравнений второго рода 1.44 MB
  Метод ускорения сходимости монотонных приближений к решению уравнения. Построение приближений, сходящихся к спектральному радиусу и собственному вектору линейного оператора. Построение приближений, сходящихся к собственному вектору линейного оператора. Об одном варианте метода Зейделя.
1763. Литургия в творчестве русских композиторов конца XVIII - XX веков. Специфика жанра и организация цикла 1.43 MB
  Авторский хоровой цикл литургии: богослужебный и музыкально-художественный аспекты. Литургия в жанровой системе духовно-музыкального искусства. Проблемы организации авторского литургийного цикла. Богослужебная структура и принципы музыкальной композиции. Литургия как исторически типизированная композиция. Богослужебная структура. Соотношение сакральной и художественной сфер в русской духовной музыке. Научно-теоретические подходы. Литургия Иоанна Златоуста ор. 41 П. Чайковского. Богослужебный канон и авторское художественное творчество.
1764. Духовная культура Ставрополья XIX – XX вв. (на примере фольклорных традиций) 1.42 MB
  Исторические предпосылки развития духовных традиций Ставропольской губернии. Отражение социально-политических явлений XX в. в фольклоре региона. Повседневная жизнь населения Ставрополья в фольклорном контексте. Традиции и формы организации свободного времени.
1765. Описательная психиатрия с позиции психоанализа 1.42 MB
  Психиатрия и клиническая психология - время перемен. Интерпретация понятий описательной психиатрии с позиций психоанализа традиционно входят в программу по усовершенствованию психиатров, психологов, сексологов и невропатологов.
1766. Фьючерсные форвардные и опционные рынки 1.42 MB
  В учебном пособии рассматриваются теоретические и практические вопросы функционирования зарубежного и нарождающегося российского рынка срочных контрактов. Книга представляет собой новый шаг в дальнейшем освещении малоизученных и потому пока еще сложных вопросов, связанных с операциями над ценными бумагами. Один из разделов посвящен описанию организации фьючерсной торговли на Московской товарной бирже, хорошо знакомой автору на практике.
1767. AppleScript Scripting Reference 1.41 MB
  Running JavaScript based Action Manager code from AppleScript. AppleScript Objects. JPEG save options. layer comp, layer comps. raw format open options. Preferences for the Adobe Photoshop CS2 application.
1768. Концепт скука в прозаическом тексте И.А. Гончарова 1.42 MB
  Концепт скука в прозаическом тексте И.А. Гончарова. Метапоэтические данные о скуке и скучающем герое в рефлексии И.А. Гончарова: термины и понятия. Особенности речевого поведения скучающего героя. Особенности языковой личности скучающего героя.
1769. МЕСТНЫЕ ОРГАНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ И МЕСТНОЕ САМОУПРАВЛЕНИЕ В КАЛМЫКИИ В СЕРЕДИНЕ XIX-XX ВВ. (ИСТОРИКО-ПРАВОВОЙ АНАЛИЗ) 1.42 MB
  ФОРМИРОВАНИЕ МЕСТНЫХ ОРГАНОВ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ В КАЛМЫКИИ В СЕРЕДИНЕ ХIХ – НАЧАЛЕ ХХ ВЕКОВ. МЕСТНЫЕ ОРГАНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ И МЕСТНОЕ САМОУПРАВЛЕНИЕ В КАЛМЫКИИ В ХХ ВЕКЕ.