Первичные и вторичные обмотки тихоходных двигателей связаны между собой электромагнитно весьма слабо. Поэтому, например, ток возбуждения при пуске синхронных тихоходных двигателей изменяется весьма незначительно, что в ряде случаев даст возможность пренебречь переходными процессами в цепи возбуждения.

На характер протекания переходных процессов оказывают влияние многие параметры. Исследования показывают, что наибольшее значение имеют активные сопротивления об.моток, которые у электрических микромашин значительно больше индуктивных

0,1 0,1 0,3 0,Ц- 0,5 0,6 0,7 0,8 о.е. Рис. 4-4.

сопротивлений, инерционная постоянная и момент нагрузки. На рис. 4-4 в функции от показано изменение максимальной скорости двигателя в переходном режиме со, наибольших всплесков составляющих статорного тока im, igm, времени становления процесса ty, отсчитываемого от его начала до того момента, где скорость отличается от синхронной скорости не более чем на ±5% для синхронного реактивного двигателя с электромагнитной редукцией [33] без пусковой обмотки (сплошные кривые) и с пусковой обмоткой (штриховая линия). Следует отметить, что время успокоения имеет при определенном активном сопротивлении обмоток минимальную величину.

Инерционная постоянная Яу определяет в основном частоту колебаний ротора в переходном процессе. Это видно из рис. 4-5, где показано изменение скорости вращения ротора при различных значениях Я,- для тихоходного двигателя с осевым возбуждением.

Влияние момента нагрузки kp = ~ для этого же двигателя

ГПст

следует из рис. 4-6. С увеличением момента амплитуда колебаний скорости уменьшается.

Условия пуска и втягивания в синхронизм синхронных тихоходных безредукторных двигателей зависят главным образом от инерционной постоянной и параметров обмоток. На рис. 4-7 показано

О 2 е 10 Тг 1 16 1В го гг рад

Рис. 4-S.

изменение предельной по условиям пуска инерционной постоянной Hj в функции отношения = х/Хд и активного сопротивления для синхронного реактивного двигателя с электромагнитной ре-

2Л 1,6

Рис, 4-6.

дукцией (ССРД) при постоянном моменте нагрузки = 0,0318, имеющего вид момента сухого трения. Отметим, что в зоне, лежащей выше сплошных кривых, самозапуск двигателя невозможен. Для аналитического расчета этих зависимостей для двигателей с.тв>

,0,03, kxl,6 я г1,0 можно пользоваться следующей приближенной формулой [33]:

Я,-„<2,03т,„-1,51тз, (4-23)

где - относительный максимальный момент. Рассчитанные по (4-23) величины Я/,„ обозначены на рис. 4-7 штриховыми линиями. На этом же рисунке для иллюстрации штрих-пунктирными линиями показаны кривые, полученные без учета влияния электромагнитных переходных процессов. Можно заметить, что погрешность, вызванная пренебрежением этими процессами, весьма существенна, особенно при малых отношениях xjx.

о.е:

0,3 0,2

Xu./xf=1,55

О Of 0,1 0,3 в,4 0,5 0,8 0,7 0,8 oJ. Рие. 4-7.

Проведенные расчеты для ССРД без беличьей клетки показали, что вариация Я,- в широком диапазоне мало сказывается на качестве пуска. Лишь при приближении к критическому Яу,„ заметно увеличивается время ty. Некоторое улучшение пусковых свойств тихоходных безредукторных синхронных двигателей можно получить при установке на роторе пусковой обмотки типа беличьей клетки. Параметры последней должны быть так подобраны, чтобы в установившемся режиме выполнялось условие

ч,п + «в>4 (4-24)

где т - максимальный реактивный момент, рассчитанный с учетом демпфирующего действия короткозамкнутой обмотки, т - дополнительный асинхронный момент при синхронной скорости Qrc вращения ротора. Однако выбранные по условию (4-24) параметры не являются оптимальными. С учетом нагрева обмотки ротора и условия (4-24) нужные свойства пусковой обмотки можно получить по данным исследования переходного процесса при пуске. На рис. 4-8 показано изменение предельной по условиям пуска инерционной постоянной Я/„ в зависимости от сопротивления

и отношения xjx для ССРД. Здесь принято = 0,215 о. е., Отв = 0,03181(0 о. е., а штриховкой обозначена зона, в которой самозапуск двигателя невозможен. В промежутке между х/х =

о 0,1} 0,в t,2 1,6 2,0 2,4... »• О.е.

0,Z\

1 1 I

Рие. 4-8.

О OfiZ 0,0f 0,08 Qfti 0,1 О.е, Рие. 4-9.

О.е. SO

г;-0,15 0,05

= 1,46(7) И xjxq = 1,25(2) с высокой точностью справедлива линейная аппроксимация функции Я/,„ (хх) при г, = const. , Можно заметить, что кривая Н-п {г) имеет достаточно острый максимум, соответствующий г, = 1,2 -ч- 1,6 о. е. и делящий поле графика на две части. Слева пусковая обмотка оказывается • • слишком сильной, и при неудачном выборе параметров, например Я/, скорость ССРД в установившемся режиме будет выше синхронной или со>со. Справа, наоборот, двигатель в течение че-тырех-пяти колебаний не достигает синхронной скорости Q„- Интересно, что при г,= со (пусковая обмотка на роторе отсутствует) пусковые характеристики даже более благоприятны, чем в случае малого сопротивления роторных цепей.

Зависимость Hj от момента сопротивления (рис. 4-9) при Гг, близких к оптимальным (по рис. 4-8), также имеют максимум. Это

имеет место при = т„, соответствующее условию т = = т. С увеличением вследствие уменьшения величины асинхронного момента в рабочем диапазоне скольжения этот максимум смещается в сторону меньших т, причем качество режима

Рие. 4-10.

1,10.1.

различно для т<Ст„, и т:>т. При первом условии в зоне, лежащей над обозначенной кривой, наблюдается угон двигателя на скорость выше синхронной. Если тв>/Пв„, ротор застревает . при скорости ЖО, (или со<1 о. е.).

Однако при наличии короткозамкнутой беличьей клетки иа роторе резко уменьшается величина результирующего синхронного момента из-за демпфирующего действия обмотки ротора, а суммарные потери в обмотках, особенно для двигателей на повышенные частоты, резко увеличиваются в несколько раз по сравнению с таковыми без беличьей клетки. Поэтому для синхронных тихоходных , безредукторных двигателей следует применять отключающие пу- ,1 сковые устройства. Активное сопротивление беличьей клетки рас-считывается таким образом, чтобы получить оптимальный режим для выхода до подсинхронной скорости вращения, после которой пусковая обмотка отключается. Допустимые по условиям пуска предельные значения Hi„„ как видно из рис. 4-10, увеличиваются в десятки раз, что дает возможность выполнить двигатели на повышенные частоты питающего напряжения. Как следует из рис. 4-10, предельное значение Я,- сравнительно слабо зависит от и определяется в основном подсинхронной скоростью вращения при разгоне. Поэтому улучшение пусковых свойств двигателя достигается здесь увеличением точности срабатывания отключающегося устройства.

4-5. Исследование синхронного режима работы тихоходных двигателей двойного питания

Пусть первичная и вторичная обмотки статора питаются симметричными системами напряжений, имеющими угловые частоты соответственно (Oj и (ио- Тогда мгновенные величины напряжений будут равны:

а -1} J-rr p/(T+aio).

В установившемся режиме работы производные потокосцеплений равны нулю, а скольжение Sq = /2 1 = const. Если обмотки ротора замкнуты накоротко, то уравнения напряжений (4-7) и (4-8) принимают вид

(4-25)

где потокосцепления отдельных приведенных к первичной обмотке контуров в относительных единицах будут:

Чг. = Xjsic + xjslfi + xJ ric + xj ric-. rlc = Xriirlc + xjslc + Xj -f xJric, f2c= Xr2iric + xJslfi~+ Xj,2c+Xjrlc-

Здесь Go = piTr - угол нагрузки, a полные индуктивные сопротивления обмоток имеют величину: д; = x-j- Xgsi, х2 = +

+ Xgs2 + X,si, Xri = + Xgri, Xr2 = X„, + Xgr2 + X2, %2 =

= X„,2= (2Vi)-1-

Обозначим угол между напряжениями приведенных по частоте

к первичной обмотке контуров через i>o = - «го- После приведения всех уравнений (4-25) к первичному контуру по частоте и учета, что напряжения короткозамкнутых обмоток ротора равны нулю, получим для уравнений напряжений в синхронных осях первичной обмотки в комплексной форме записи следующие выра-жения:

t/sl = hi {r,l Л- JXsl) + lxj,2 + iXm Un + Ki):

On j Sio

-JXsi

\ + ixJ.

Jsi°+ixm{iri+fr2); (4-26)

+ ixri + ixjs2°+\xm и si+in);

Токи отдельных контуров могут быть определены из системы уравнений (4-26) общеизвестным способом:

/,i = Dsi/£)„; is2DalD,; irr = Drilt>o, ir2=dr2/Do, где Do - главный определитель системы (4-26), а D, ds2, Dri, - определители, определяемые по Do путем замены соответствующего столбца свободными членами.

Уравнение момента (4-19) после подстановки в него потокосцеплений, определенных из (4-25), принимает вид:

- il\rsl - j%r -~1пГ rl- jWri,

где isi Й /s2 - сопряженные величины токов /i и 12-- Чаще всего индукторные двигатели двойного питания выполняются без каких-либо обмоток на роторе. Если во вторичную об-