Природа возникновения колебаний, виды и особенности колебательных процессов

Одним из актуальных вопросов исследования динамических режимов работы электропривода «Тиристорный преобразователь напряжения – асинхронный двигатель» является исследование устойчивости ЭП. Как показали эксперименты, в разомкнутых системах ЭП ТПН-АД с синхронизацией с напряжением сети на рабочем участке механических характеристик, в ряде случаев, могут наблюдаться устойчивые автоколебания выходных величин [4,40,42]. Колебания нарушают нормальную работу разомкнутых систем ЭП, усложняют расчет и настройку замкнутых систем, ухудшают качество регулирования координат и энергетику ЭП.

Характер и количественные показатели колебательных процессов весьма различны. Они зависят от множества параметров и факторов, в число которых можно включить

величину угла включения вентилей;

параметры АД;

моменты нагрузки на валу АД;

суммарный приведенный момент инерции электропривода;

начальные электромагнитные условия (НЭМУ);

начальную скорость АД;

схемотехническую конструкцию ТПН и способ синхронизации вентилей.

Это определяет задачу по разработке методов исследования устойчивости разомкнутой системы электропривода ТПН-АД, а также оценки влияния различных факторов и параметров ЭП на вид и характер колебательных процессов.

Появление автоколебаний в разомкнутых системах ЭП ТПН-АД, возможно объяснить наличием положительной обратной связи между углом сдвига тока нагрузки и амплитудой первой гармоники выходного напряжения преобразователя, а так же нелинейностью параметров электропривода. Колебательный процесс можно условно разделить на две категории - режимы «малых» и «больших» колебаний [4].

«Малые» колебания - это незатухающие гармонические колебания выходных параметров АД при условии, что скорость ротора изменяется в пределах первого квадранта (не превышает синхронную, т.е. 0 < w <w0). Физически, этот вид автоколебаний связан с обменом энергии между электромагнитными контурами и инерционными маховыми массами электропривода. Характерные графики изменения скорости, момента и тока статора АД в режиме «малых» колебаний представлены на рис. 3.1. Графики построены при помощи модели электропривода ТПН-АД.

Особенности процессов в режиме больших колебаний позволяют говорить о том, что их возникновение связано, не столько с изменением скорости ротора и обменом энергии, сколько с колебательным движением и взаимодействием между собой обобщенных векторов напряжения сети и ЭДС обмоток статора, а так же потокосцеплений статора и ротора.

Вторая категория – это режим больших колебаний (рис 3.2). В данном случае скорость двигателя может превысить синхронную, а область колебаний охватывает первый и второй квадранты.