Влияние частоты электрической системы на устойчивость асинхронного двигателя

До сих пор предполагалось, что скорость вращения wс генератора Г (рис.2.1) неизменна. В действительности же она может меняться, что влечет и изменение циклической частоты f=2pwc электрической системы, в том числе, и питающего двигатель напряжения Ug (рис.14.2). Так при снижении циклической частоты fc снижается и угловая частота wc, что при неизменном скольжении s вызывает пропорциональное уменьшение индуктивного сопротивления хр=swc обмотки ротора и связанные с этим, во-первых, увеличение тока Iр этой обмотки и, во-вторых, уменьшение отношения хр/rр. Уменьшение отношения хр/rр означает уменьшение угла j запаздывания тока Iр от ЭДС Ер и соответствующее увеличение угла опережения a, которое, в свою очередь, как это было показано ранее, при прочих неизменных условиях означает увеличение электромагнитного момента (см. зависимость момента М2 от угла a на рис.14.5). Одновременно с этим увеличение тока Iр обмотки ротора в соответствии с законом Ампера означает более интенсивное увеличение электромагнитного момента М двигателя.

Кроме того, при снижении частоты wc снижается и индуктивное сопротивление статорных обмоток двигателя. Следовательно увеличиваются протекающие в них токи I и индукция Вс создаваемого ими магнитного поля, что в соответствии с законом Ампера должно приводить к увеличению момента М двигателя пропорционально снижению частоты wc. Но этого не происходит, так как описанную тенденцию компенсирует противоположная ей тенденция снижения также пропорционального снижению частоты wc момента М двигателя, связанная со снижением частоты ws=swc скольжения пропорциональной ей ЭДС Ер, а следовательно и тока Iр обмотки ротора. Максимума момент М двигателя достигнет в соответствии с условием (14.3) при большем критическом скольжении.

Вышесказанное иллюстрируется характеристиками момента двигателя, построенными при различных частотах fc системы и приведенными на рис.14.10.

В результате можно сделать вывод о благоприятном влиянии снижения частоты электрической системы на устойчивость двигателя.

Однако при изменении частоты fc системы изменяется и потребляемая двигателем реактивная мощность Q. Одна часть этой мощности Q1 расходуется на создание основного магнитного поля, одновременно сцепляющегося со статорными и роторными обмотками, другая часть Q2 - на создание полей рассеяния статорных и роторных обмоток. При снижении частоты fc системы, неизменности создаваемого двигателем момента и прочих равных условиях пропорциональное этому снижение наводимой в обмотке ротора ЭДС Ер компенсируется увеличением индукции Вс основного магнитного поля, то есть увеличением реактивного тока статорной обмотки и соответственно увеличением потребляемой двигателем из системы реактивной мощности Q1 (рис.14.11). В результате зависимость полной реактивной мощности Q=Q1+Q2, потребляемой двигателем, имеет U-образный характер (рис.14.11).

Характерно, что частота fcкр системы, при которой потребляемая двигателем реактивная мощность Q минимальна, ниже номинальной fсн. Это означает, что при снижении частоты от номинальной fсн до критической снижается и потребление двигателем реактивной мощности, поэтому снижается и падение напряжения на трансформаторе Тн и линии Лн (рис.14.1) при ее передаче, а значит при Uс=const несколько повышается напряжение Ug на двигателе, что, как было показано ранее, благоприятно сказывается на устойчивости двигателя. При снижении же частоты fc ниже критической fcкр происходит все с точностью до наоборот, то есть в конечном счете происходит уменьшение напряжения Uд двигателя. Однако при уменьшении напряжения Ug двигателя уменьшается и часть потребляемого им реактивного тока, создающего основное магнитное поле, а следовательно уменьшается и пропорциональная им часть реактивной мощности Q1 (рис.14.12). Одновременно, как было показано ранее, увеличивается скольжение s двигателя и частота wp изменения тока Iр в обмотке ротора, что приводит к увеличению наводимой полем рассеяния ЭДС самоиндукции и пропорциональной ей части реактивной мощности Q2 (рис.14.12). В результате полная потребляемая двигателем реактивная мощность Q=Q1+Q2 при снижении напряжении на двигателе до критического значения Ugкр снижается, а при последующем снижении увеличивается (рис.14.12).

В практических случаях Ugн> Ugкр. Снижение напряжения Ug на двигателе ниже критического Ugкр вызывает увеличение потребления им реактивной мощности Q, что, в свою очередь, как это было показано ранее, вызывает еще большее снижение напряжения Ug на двигателе, то есть прогрессирующее его снижение. Это явление получило название “лавины напряжения”. В результате лавинообразного снижения напряжения на двигателе он опрокидывается и останавливается. Это обстоятельство позволяет говорить о благоприятном влиянии снижения частоты fc системы на устойчивость двигателя только тогда, когда эта частота не ниже критической fскр. В практических случаях fскр=43-45 Гц.