Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 8
1.1. Методы определения энергетических показателей электрических машин 8
1.2. Вопросы создания системы автоматизированного проектированиеэлектрических машин 30
2. Математическая модель асинхронной машины для определения энергетических показателей в динамических режимах с учетом вихревых токов 41
2.1. Моделирование динамических режимов с учетом мгновенных значений энергетических показателей 41
2.2. Моделирование динамических режимов с учетом интегральных значений энергетических показателей 52
2.3. Определение энергетических показателей при несинусоидальном напряжении питания 54
2.4. Учет энергетических показателей при частых пусках на холостом ходу - энергообмен 66
2.5. Определение энергетических показателей асинхронных двигателей в повторно-кратковременных режимах работы 71
3. Цифровое математическое моделирование асинхронного двигателя в дшамических жимах с учетом энергетических показателей 78
3.1. Решение уравнений динамики асинхронного двигателя с учетом энергетических показателей 78
3.2. Определение энергетических показателей асинхронного двигателя в динамических режимах 86
3.3 Блок динамики, как часть подсистемы оптимального расчетного проектирования асинхронных двигателей 91
4. Анализ цифровых математических моделей и расчет энергети ческих показателей асинхронных двигателей в динамических режимах 96
4.1. Цель и программа исследований 96
4.2. Мгновенные и средние энергетические показатели асинхронного двигателя в режимах пуска,реверса и повторного включения 99
4.3. Влияние на энергетические показатели асинхронного двигателя вихревых токов при пуске и реверс в холостую 112
4.4. Влияние момента инерции на энергетические показатели при пуске двигателя в холостую 127
4.5.Влияние скорости повторного включения на энерге тические показатели асинхронного двигателя 135
4.6. Влияние несинусойдального питания на энергетичес кие показатели асинхронного двигателя в режиме пуска 141
5.- Расчет энергетических показателей асинхронных двигателей в подсистеме оптимального расчетного проектирования 152
Выводд 159
Заключение 160
Литература 163
Приложение ' 170
- Вопросы создания системы автоматизированного проектированиеэлектрических машин
- Моделирование динамических режимов с учетом интегральных значений энергетических показателей
- Определение энергетических показателей асинхронного двигателя в динамических режимах
- Мгновенные и средние энергетические показатели асинхронного двигателя в режимах пуска,реверса и повторного включения
Введение к работе
Развитие техники влечет за собой значительное усложнение режимов работы электротехнических систем и устройств. Для преобразования электрической энергии в механическую чаще всего применяются асинхронные двигатели. В СССР и в других развитых странах выпуск асинхронных двигателей различных мощностей составляет несколько миллионов штук в год. В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой в СССР электроэнергии. Значительную долю этой величины составляет электроэнергия, потребляемая асинхронными двигателями в динамических режимах работы. Это связано с непрерывным увеличением удельного веса динамических режимов в связи с интенсификацией производственных процессов и расширяющимся внедрением регулируемого асинхронного электропривода на базе тиристорных преобразователей и микропроцессорной техники. Поэтому определение и уточнение расчета энергетических показателей асинхронных двигателей в динамических режимах работы является важной и актуальной задачей.
Исследованию энергетических показателей асинхронных двигателей посвящено большое количество рабют советских и зарубежных авторов. Однако ряд важных вопросов изучен недостаточно, и, в частности, вопросы определения и расчета таких важных энергетических характеристик двигателя, как коэффициент мощности и коэффициент полезного действия в динамических режимах при несинусоидальном питании. В установившемся режиме при симметрии и синусоидальном напряжении питания и симметрии двигателя поток энергии, входящий в асинхронный двигатель, имеет две составляющие - постоянную составляющую одного направления и колебательную с постоянной амплитудой, обуславливающую непрерывный обмен энергией между двигателем и источни- ксм питания. Характеристикой первой составляющей является активная мощность, часть которой преобразуется в тепло, а остальная часть передается вращающемуся механизму в виде механической мощности. Абсолютной характеристикой второго процесса служит реактивная мощность, относительный cob'f ,
Процессы обмена энергией между двигателем и сетью приводят к возрастанию потребляемого тока, увеличению потерь, изменению величины питающего напряжения.
В динамике структура обменных процессов при несинусоидальном питании значительно усложняется, возникают новые мало исследованные особенности. Энергообмен в динамических режимах приводит не только к изменению величин потребляемых токов и напряжения, но и к искажению их фррш. Увеличиваются потери электроэнергии при несинусоидальном питании из-за появления высших гармонических. Асинхронные двигатели потребляют значительную долю вырабатываемой реактивной мощности и эта доля еще более возрастает при работе двигателей в динамических режимах. Все эти особенности энергопотребления асинхронных двигателей влекут за собой дополнительные потери активной мощности, что в конечної счете отрицательно сказывается на качестве электроснабжения.
В настоящее время для расчета потерь мощности и потребляемой реактивной мощности в проектной практике используют методы, базирующиеся на эксплуатационных данных, получаемых с помощью счетчиков активной и реактивной энергии. Использование этих данных для вновь проектируемых электроприводов может привести к большим погрешностям, поэтому для установившихся и динамических режимов работы асинхронных двигателей разрабатываются и совершенствуются аналитические методы расчета, основанные на теории цепей. Развитие этих методов дает возможность правильно выбирать тип и параметры компенси- рующих устройств, способных реагировать на мгновенные изменения величины потребляемой реактивной мощности. Это позволяет в конечном счете снижать потери при передаче электроэнергии потребителям, работающим как в установившихся, так и в динамических режимах.
Поскольку асинхронные машины наиболее массовые преобразователи электрической энергии, то в электротехнической промышленности в первую очередь создается система автоматизированного проектирования асинхронных машин (САПР AM). Р азработка и создание системы автоматизированного проектирования асинхронных машин продиктованы требованиями современной техники. Нужны более эффективные,надежные и экономичные технические устройства, основное звено которых составляют асинхронные машины. Создание САПР AM стало возможным благодаря достижениям вычислительной математики и средств вычислительной техники и кибернетики. В САПР Ш предусматривается создание оптимальных методов расчетного проектирования с целью разработки машин с оптимальными показателями, в том числе оптимальными энергетическими показателями. Поэтому целесообразно включать в САПР AM, а именно в подсистему оптимального расчетного проектирования блок расчета энергетических показателей двигателя в динамических режимах, что позволит в частности спроектировать двигатель с оптимальными энергетическими показателями, как при номинальном режиме работы, так и в динамических режимах, при заданных ограничениях.
Целью работы является создание для автоматизированной системы проектирования электрических машин математических и программных средств расчета динамических режимов асинхронных машин с учетом энергетических показателей. Исследование разработанных цифровых математических моделей и ряда двигателей с целью получения материала, предназначенного для включения в банк данных САПР АД.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и трех приложений,
В первой главе проводится анализ состояния вопроса по определению энергетических показателей электротехнических устройств и по созданию автоматизированных систем проектирования электрических машин.
Вторая глава посвящена математическому моделированию динамических процессов асинхронного двигателя для определения энергетических показателей.
Третья глава посвящена цифровому математическому моделированию асинхронного двигателя в динамических режимах с учетом энергетических показателей.
В четвертой главе проводится анализ цифровых математических моделей и расчет энергетических показателей асинхронных двигателей в динамических режимах.
Пятая глава посвящена расчету энергетических показателей асинхронного двигателя в подсистеме оптимального расчетного проектирования.
Основные еыводы диссертационной работы изложены в заключении.
Вопросы создания системы автоматизированного проектирование электрических машин
Современный этап развития науки и техники характеризуется весьма широким применением математических методов и ЭВМ. Уже продолжительное время ведутся интенсивные разработки систем автоматизированного проектирования (САПР) различных технических объектов и систем, в тем числе и электромеханических преобразователей энергии (ЭМПЭ) . К настоящему времени накоплен значительный опыт применения ЭВМ для проектирования разнообразных электромеханических устройств и систем. Анализируя этот опыт, можно выделить три основных направления, которые различаются уровнем и широтой использования возможностей ЭВМ в решении проектных задач.
Первое направление характеризуется автоматическим решением отдельных трудоемких расчетных задач. При этом человек не участвует в процессе решения. Он только готовит входные данные для решения задачи, передает их ЭВМ и анализирует полученные результаты.
Второе направление появилось вскоре после первого. Его отличает выполнение автоматических оптимизационных расчетов электромеханического преобразователя энергии. Здесь как и в первом случае человек не принимает непосредственного участия в процессе получения результатов. В данном случае используются не только вычислительные, но и логические способности ЭВМ.
Третье направление применения ЭВМ в проектировании ЭМПЭ связано с созданием кемплеюных систем автоматизированного проектирования (САПР) Это направление появилось с целью коренного совершенствования методов и средств ведения проектно-конструктор-ских работ. В САПР происходит научно обоснованное распределение
функции между человеком и ЭВМ. Это означает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер, а ЭВМ - задачи, удовлетворяющие требованиям: - возможности алгоритмизации; - большей эффективности исполнения алгоритма на ЭВМ по сравнению с ручным решением.
При этом происходит непосредственное (интерактивное) взаимодействие проектировщика с ЭВМ в процессе решения задач.
На основании сказанного можно дать следующее определение САПР электромеханических преобразователей энергии/39/ :
САПР это взаимосвязанный комплекс программных средств, компонентов информационного и организационного обеспечения на основе применения ЭВМ и математических методов, служащий для автоматизированного выполнения проектных работ, охватывающий все этапы разработки, повышающий уровень и качество проектирования с одновременным сокращением его сроков.
Рассмотрим некоторые общие черты присущие всем системам автоматизированного проектирования. При создании САПР, сохраняется целесообразность использования блочно-иерархического подхода к проектированию сложных систем. Это означает, что процесс проектирования и представления о самом объекте расчленяется на уровни. На высшем уровне используется наименее детализированное представление, отражающее только самые общие черты. На каждом новом этапе разработки степень подробности рассмотрения возрастает, при этом система рассматривается не в целом, а отдельными б локами.
Основными функциями САПР являются /40/ : - осуществление автоматизированного проектирования на всех или отдельных стадиях проектирования объектов на основе применения математических и других моделей, автоматизированных проектных процедур и средств вычислительной техники; - автоматизированное проектирование в САПР означает, что происходит взаимодействие между человеком (проектировщиком) и ЭВМ; - автоматическое проектирование, т.е. проектирование с помощью ЭВМ без участия человека; - получение проектных решений, достаточных для рассмотрения или окончания проектирования, удовлетворяющих заданным требованиям; - получение по окончании проектирования проектных документов, выполненных в заданной форме и содержащих проектные решения или результаты проектирования.
Системы автоматизированного проектирования имеют общую структуру, основными звеньями которой являются подсистемы. Подсистемой САПР называется выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая получение законченных проектных решений и соответствующих проектных документов. Подсистемы САПР могут быть объектными или инвариантными.
Например, объектными могут быть подсистемы: конструирование деталей и сборочных единиц проектируемой машины.
Инвариантная подсистема осуществляет функции управления и обработки информации, независящие от особенностей проектируемого объекта. Например, следующие подсистемы могут быть инвариантными: - управления САПР, диалоговых процедур; численного анализа; оптимизации и других.
Подсистема САПР состоит из компонентов САПР, объединенных общей для данной подсистемы целевой функцией и обеспечивающих функционирование этой подсистемы.
Для функционирования САПР необходимы определенные средства обеспечения. Они состоят из: - методического обеспечения, состоящего из документов, в которых изложены полностью или со ссылкой на первоисточники методология проектирования в подсистемах САПР; - программного обеспечения, состоящего из документов с текстами программ, программ на машинных носителях и эксплуатационных документов. Программное обеспечение общесистемное и прикладное. Компонентами общесистемного программного обеспечения являются, операционные системы, трансляторы с алгоритмических языков и др. Компонентами прикладного программного обеспечения являются программы и пакеты прикладных программ, предназначенные для получения проектных решений: - технического обеспечения, состоящего из вычислительного комплекса и организационной техники. Подробное описание современных средств технического обеспечения САПР содержится в работах /41,42,43,44/ ; - информационного обеспечения, совокупность компонентов которого образует информационную базу или базу данных САПР; - организационного обеспечения.
Разработка САПР представляет собой крупную научно-техническую проблему, поэтому при ее разработке должны соблюдаться следующие основные принципы /45,46,47/ : - САПР - иерархическая система, реализующая комплексный под ход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия уровней отражается в структуре специального программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем; - следует особо подчеркнуть целесообразность обеспечения комплексного характера САПР, так как автоматизация проектирования на одной из уровней при сохранении старых форм проектирования на
Моделирование динамических режимов с учетом интегральных значений энергетических показателей
При проектировании машины с учетом динамических режимов предусматривается расчет статических энергетических показателей из динамических процессов. Для этой цели необходим расчет средних за период энергетических показателей. В качестве временного периода усреднения целесообразно использовать величину Т (Т=277"/ ?) , где (Ло угловая частота основной гармоники напряженияс в установившемся режиме. Период Т выбран из соображения универсальности величины, поскольку в режиме несинусоидального питания преобладают составляющие периода Т.
Тогда средняя за период активная мощность имеет вид: Величина Лм( ) равна единице, если цепь обладает только активным сопротивлением, не зависящим от частоты и от тока. Во всех остальных случаях Ґ\м[ь) і.
Сохраняя принятое выше определение для отношения активных мощностей, определяем его среднее значение за период, как отношение усредненных величин механической (полезной) мощности на валу двигателя и активной потребляемой мощности на валу двигателя к активной потребляемой мощности из сети:
В линейных системах при периодических не синусоидальных токах и напряжениях для расчета мгновенной активной мощности, можно разложить напряжение и токи в ряд Фурье и рассчитать активную мощность для каждой гармоники отдельно. Тогда мгновенная активная мощность асинхронной машины запишется в следующем виде
Полная мгновенная мощность при не синусоидальном напряжении вычисляется по следующей формуле:
А реактивная мощность определяется как сумма реактивных мощностей отдельных гармоник:
Здесь Qi(b) - реактивная мощность і -ой гармоники, рассчитанная по выражению (2.13) . Мгновенный коэффициент мощности при несинусоидальных напряжениях рассчитывается по выражению (2.9) для значений 0 жЧь) , рассчитанных с учетом не синусоидальности. Мгновенное отношение активных мощностей при не синусоидальном напряжении так же определяется, как и при синусоидальном питании, HO&(k) и P(t) рассчитываются через напряжения и токи несинусоидального режима питания.
Для определения средних за период энергетических показателей при не синусоидальном питании период усреднения, как указано выше, выбирается равным периоду основной гармоники.
Тогда, учитывая общее выражение активной мощности при несинусоидальном питании, для ее среднего значения за период Т имеем:
При у =5 в (2.24)входят интегралы от синусоидальных фун-кий за целое число iff-s) и ( 7+5) периодов. Такие интегралы равны нулю.
Из (2.24) вытекает, что средняя за период активная мощность при периодических несинусоидальных токах и напряжениях равна сумме активных мощностей постоянной (если она существует) и всех гармонических составляющих тока и напряжения.
При периодических не синусоидальных токах и напряжениях, как при синусоидальных, вводится понятие среднего за период коэффициента мощности Нм(ь) . Оно определяется из соотношения где ЦГЬК , Ілк - текущие действующие значения п -ых гармоник напряжения и тока в фазе "К " источника питания. Эти значения при периодических токах и напряжениях определяются как их средние квадратичные значения за период основной гармоники
Таким образом средний за период коэффициент мощности выражается через активную мощность Ц(ь) и действующие значения напряжения и тока, т.е. через действительно существующие электрические величины. Такой величиной не является реактивная мощность или энергия, особенно, при несинусоидальной системе /54/ .
Выражение (2.25) записано в виде произведения двух сомножителей. Первый сомножитель і можно рассчитать при любых периодических синусоидальных и несинусоидальных напряжениях питания. Величина второго сомножителя зависит от способа потребления электроэнергии. Она представляет собой отношение активной мощности &{t) , подсчитанной за расчетный период Т, к корню квадратному из суммы интегралов по времени квадратов всех токов.
Это выражение пропорционально дискретным потерям в сопротивлениях двигателя при потреблении электроэнергии. Поэтому коэффи циент мощности, определенный таким образ ом; является величиной для оценки энергопотребления в переходных процессах. Величина Км(ь) равна единице, если цепь обладает только активным сопротивлением, независящим от частоты и от тока. Во всех остальных случаях Ам(6) I.
Средняя за период реактивная мощность определяется через энергетическое ускорение І12І , т.е. через скорость приращения мгновенной мощности Подинтегральная величина в С 2.27) ,есть мгновенная реактивная мощность cj(t) (см. 2.12 ) . Тогда имеем связь между средней за период реактивной мощностью и мгновенной реактивной мощностью; . несинусоидальны, то можно вычислять реактивную мощность каждой гармоники, а затем найти суммарную реактивную мощность как их сумму.
Кроме понятия активной и реактивной мощностей, по аналогии
Определение энергетических показателей асинхронного двигателя в динамических режимах
Блок-схема алгоритма реализации программы расчета энергетических показателей асинхронного двигателя в динамических режимах представлена на рис. 3.3. Блок-схема состоит из следующих блоков.
Блок I начинает вычисление. В блоке 2 создается общая область для размещения параметров асинхронной машины и передачи результатов интегрирования системы дифференциальных уравнений электромеханического преобразователя из главной программы ТАБ. Сюда входят все токи контуров, напряжения фаз о( ж fi , электромагнит ный момент, угловая скорость вращения ротора и другие параметры, необходимые для расчета энергетических показателей двигателя. В блоке 3 размещаются шаг усреднения мгновенных энергетических показателей в зависимости от периода основной гармоники питающего напряжения ( в работе шаг усреднения выбирается равным периоду основной гармоники напряжения как при синусоидальном питании, так и при несинусоидальном питании), параметры управления программой:
В блоке проверяется условие включения напряжения на фазах ( и р параметром NREV. Если NREV больше нуля, то происходит переключение напряжения на фазах ( ж / и двигатель входит в режим реверса, а если NREV равно нулю, то управление передается блоку с номером 5, где проверяется значение параметра для расчета режима пуска или режима повторного включения. В блоке 6 проводится расчет мгновенных энергетических характеристик режима пуска. В блоках 7 и 8 расчитываются энергетические показатели режима повторного включения. Перед началом расчетов в этом режиме требуется знание начальных условий ( параметров ) соответствующих состоянию цепей электромагнитного преобразователя энергии к моменту повторного включения. В блоке 9 и 10 проводится расчет мгновенных энергетических показателей режима реверса при нулевых или ненулевых начальных условиях в зависимости от того, при каком состоянии электромагнитного поля происходит реверсирование двигателя.
После расчета мгновенных энергетических характеристик двигателя в заданном динамическом режиме вызывается стандартная ФОРТРАН-подпрограмма Q.T.FE. для расчета средних энергетических показателей Эта ФОРТРАН-процедура производит интегрирование методом трапеций. Суть этого метода следующая. Пусть задана интегрируемая функция пЦ " (в нашем случае энергетический показатель), она определена и дифференцируема на временном отрезке [&, ъ ] , Здесь отрезок [a, ] может равняться общему времени переходного процесса или рабочему интервалу, а также периоду основной гармоники питающего напряжения. Для интегрирования функции " у " интервал [а,(у J делится на П. элементарных равнозначных интервалов Цош.,Хь],—,[_хл-1,Хп] Шаг интегрирования
В разработанной программе определение средних энергетических показателей управляется параметром ІСН Он принимает значе -91 ния от I до п , где Л число периодов до достижения синхронной скорости. При ІСН ві производится расчет средних за период основной гаромники напряжения энергетических показателей. Блок 12 - при ЮН - п производится расчет средних за весь период протекания переходного процесса энергетических показателей асинхронного двигателя блок 13.
При создании автоматизированной системы проектирования асинхронных двигателей следует обратить внимание на тот факт, что бюль-шинство асинхронных двигателей общепромышленного применения работают в частых динамических режимах. Исходя из этого, целесообразно включить блок динамики в подсистему оптимального расчетного проектирования для оптимального выбора размеров активных частей удовлетворяющих требованиям технического задания. При этом следует обратить внимание на оптимизацию динамических энергетических показателей.
Здесь предлагается вариант структурной схемы оптимального расчетного проектирования с учетом электромеханических переходных процессов (рис.3.4), На этой схеме процесс оптимизации начинается с поискового расчета асинхронного двигателя, составления схемы замещения двигателя и расчета ее параметров. На вход блока I подаются исходные данные, постоянные на всем протяжении решения данной задачи оптимизации, а также варируемые исходные данные (геометрические и электромагнитные нагрузки ) . Выходными параметрами блока I являются активные и индуктивные сопротивления контуров двигателя, момент инерции ротора и все другие величины для учета изменения параметров в течение переходного процесса. В соответствии с требованиями технического задания и с учетом принимаемых допущений в блоке 2 составляется математическая модель АД на основе модели электрического преобразователя энергии. На третьем этапе рассчитывается электромеханический переходный процесс на ЭВМ решением систем дифференциальных уравнений. На выходе этого блока определяются показатели работы машины в рассматриваемом динамическом режиме, полученные в результате решения дифференциальных уравнений электромеханического преобразователя энергии.
Далее рассчитываются энергетические показатели двигателя рассматриваемого динамического режима в соответствии с приведенным выше алгоритмом. В пятом блоке выбирается алгоритм поисковой оптимизации с учетом особенностей поставленной задачи, затем наступает самая важная процедура процесса оптимизации (блок 6) . Входными параметрами этого блока являются постоянные параметры, необходимые для работы программы оптимизации, показатели динамического режима
Мгновенные и средние энергетические показатели асинхронного двигателя в режимах пуска,реверса и повторного включения
Здесь с помощью разработанной подпрограммы, рассчитываются мгновенные и средние за период первой гармоники энергетические показатели без учета вихревых токов и вытеснения тока при синусоидальном питании.
По рекомендациям /.? /для получения более достоверных результатов при расчете динамических режимов, использовались параметр роторных контуров для значений скольжений, соответствующих данному режиму. Для режима пуска параметры взяты для скольжения S =rl, для режима реверса для скольжения д =2.
На рис. 4.1 представлены энергетические характеристики (составляющие полной мощности, механическая мощность, отношение активных мощностей) в режиме пуска.
Режим реверса с незатухающим полем в практике встречается очень часто, например, у двигателей, приводящих механизмы с повторно-кратковременным режимом работы. При достаточно быстром переключении порядка следования фаз на зажимах машины поле в воздушном зазоре не успевает отдать запасенную энергию и подключение к сети происходит, когда в воздушном зазоре поле,еще не затухло. При этом оба процесса протекают одновременно, что приводит к увеличению ударных токов и моментов /47 57/ Энергетические характеристики, рассчитанные для этого режима представлены на рис. 4.4 - 4.6. При этом были рассчитаны начальные условия для токов статора и ротора незатухающего поля.
Одним из интересных режимов, является режим повторного включения. Исследования показывают, что повторное включение при значении (dp , близком к номинальному, т.е. при кратковременных перерывах питания, сопровождается максимальными значениями токов и моментов /47,57/ Эти броски превышают максимальные значения токов и моментов при пуске и реверсе. Здесь исследовано повторное включение при затухающем поле и в отличие от режима пуска вместо начального условия скорости ( LOp =0) была взятаоЛлч =0,9 (Рс Энергетические характеристики режима повторного включения с затухающим полем представлены на рис. 4.7, 4.8.
Все характеристики для указанных режимов рассчитаны для асин хронного двигателя типа 4АІ3234УЗ, параметры которого приведены в приложении. Все расчеты проведены на ЭВМ типа ЕС-ЮЗЗ.
Расчет показывает, что зависимости мгновенных энергетических показателей от времени в различных динамических режимах отличаются резкой неравномерностью. Наибольшие значения составляющих полной мощности наблюдаются в начальной стадии переходного процесса. Эти большие значения объясняются большей величиной токов при больших значениях скольжения, приводящей к большим потерям в обмотках и накоплению кинетической энергии. Из табл. 4.2 видно, что ударные значения составляющих полной мощности и самой полной мощности во много раз превосходят их значения в установившемся режиме. Это особенно заметно в режимах реверса и повторного включения. В режиме пуска S в 2,9 раз превосходит номинальную мощность, а /р в 1,8 раза, В режиме реверса bip превосходит ншинальную мощность в 6,4 раза, а Руд в 5,42. Ударное значение активной мощности в режиме реверса в 3,95 раз больше ее ударного значения при пуске, а в режиме повторного включения в 1,04.
Пульсации характеристик обусловлены взаимодействием апериодических составляющих тока статора с синусоидальным напряжением питания. Вследствие быстрого затухания апериодической составляющей тока статора, пульсации характеристик постепенно сглаживаются и практически исчезают в районе полусинхронной скорости.
Кривая механической мощности на валу двигателя имеет также большие колебания в начальной стадии переходных процессов. В отличие от режима пуска и повторного включения механическая мощность имеет ударные значения в начале переходного процесса. В режиме реверса ударный всплеск достигает примерно - 3,216 & , а в режиме повторного включения І,1 Hj . Эти всплески обусловлены возрастанием бросков тока и ударного момента при мгновенном переключении фаз в режиме реверса и при мгновенном повторном включении двигателя в сеть. В режимах реверса и повторного включения наблюдается увеличение отрицательных бросков механической мощности. Максимальные значения механической мощности находятся в области достижения синхронной скорости, там же наблюдается резкое уменьшение величины потребляемой мощности и двигатель разгоняется до синхронной скорости за счет накопления кинетической энергии. В зоне перерегулирования механическая мощность принимает отрицательные значения, в то время, когда реактивная мощность всегда сохраняет положительный знак, что подтверждает то обстоятельство, что асинхронный генератор всегда потребляет из сети реактивную энергию.
На рис. 4.3 и 4.6 представлены кривые мгновенных и средних коэффициентов мощности и отношения активных мощностей соответственно в режимах пуска и реверса. В момент включения двигателя в сеть, когда напряжение и ток совпадают практически по фазе, мгновенный коэффициент мощности имеет значение близкое к единице, но вслед ствие потребления большой реактивной мощности его значение резко уменшается. Начиная с первого же периода начинается обмен энергией между двигателем и сетью, что объясняет колебания величины мгновенного коэффициента мощности. Эти колебания особенно заметны в средней части переходного процесса. В зоне перерегулирования процесс обмена энергией становится еще более заметным, когда активная мощность двигателя передается в сеть, как в режиме генератора, и коэффициент мощности принимает отрицательное значение.
Отношение активных мощностей имеет небольшие значения в начальной стадии переходного процесса в режиме пуска. Амплитуда колебаний отношения активных мощностей в режиме реверса более высокая. Это обусловлено сложностью процесса преобразования энергии в двигателе, когда фазы двигателя переключаются, в то время когда магнитное поле в воздушном зазоре еще незатухло и была накоплена определенная доля кинетической энергии во вращающихся частях двигателя. Спустя несколько первых периодов работы, в обеих режимах среднее значение отношения активных мощностей начинает увеличиваться до достижения синхронной скорости, что свидетельствует о накоплении кинетической энергии во вращающихся частях двигателя. Большой скачок в кривой І?(ч обусловлен перерегулированием, когда скорость вращения ротора превышает синхронную скорость.
Статические характеристики составляющих полной мощности коэффициента мощности, отношения активных мощностей, полученные интегрированием во временных промежутках, равных периоду основной гармоники напряжения и тока, имеют более сглаженные колебания, но во всех зависимостях замечаются незначительные неравномерности в начальной стадии переходных процессов. Это объясняется несинусоидальностью токов в динамических режимах.
