Узлы нагрузки. Асинхронный двигатель как основной элемент нагрузки

Лекция 17, 18

Узлы нагрузки. Асинхронный двигатель как основной элемент нагрузки.

Узлы нагрузки-точки энергосистемы (шины подстанций, линий), к которым подключены большие группы потребителей электрической энергии (электродвигатели, осветительные установки, печи и т.д.). Состав узла нагрузки зависит от расположения узла нагрузки.

Обычно более 50 % нагрузки составляют асинхронные двигатели , 10% синхронные двигатели, осветительная нагрузка, синхронные компенсаторы и т.д.

Необходимо отметить, что процессы в нагрузках можно рассматривать с двух сторон:

1.  поведение нагрузки в зависимости от возникших возмущений.

2.  влияние процессов в нагрузке на режим работы системы, где находится эта нагрузка.

Различают статические и динамические характеристики нагрузки.

Статическая характеристика- зависимость P, Q, M, I от напряжения или частоты при таких медленных возмущениях, что каждую точку характеристики можно считать точкой установившегося режима P= f(U), M=f(f)

Статические характеристики представляют семейство кривых на плоскости.

Динамические характеристики - зависимость P, Q, M, I от напряжения или частоты с учетом скорости изменения возмущения P= f(U, dU/dt), M=f(f, df/dt)

Динамические характеристики представляют поверхность в трехмерном пространстве.

Характеристики отдельных видов потребителей:

1.  Осветительная нагрузка.

§  в виде ламп накаливания

Реактивная мощность может быть принята равной нулю. Активная мощность пропорциональна напряжения в 1,6 степени. Активная мощность не зависит от частоты Р=f(f)=const

PºU^1.6

§  в виде люминесцентных ламп

Активная мощность не зависит от величины напряжения и уменьшается при уменьшении частоты( на 0,5%-0,8% при уменьшении частоты на 1%).

2.  Синхронная нагрузка – синхронные двигатели (СД).

Активная мощность синхронного двигателя:

Рис.1

Реактивная мощность может быть найдена из векторной диаграммы.

Рис.2

 - отдает реактивную мощность

- потребляет реактивную мощность

3.  Асинхронная нагрузка – асинхронные двигатели.

Рассмотрим схему замещения АД

Рис.3

Х_S=X₁+X₂

Х₁, Х₂ -сопротивление рассеяния статора и ротора

Хm - сопротивление ветви намагничивания

-эквивалентное активное сопротивление цепи ротора, характеризующее потребление активной мощности

                                                                                                      (*)

Характеристика потребляемой мощности или вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения для номинального и пониженного значений напряжений.

Рис.4

M=P/w₀, при   w₀=1 М=Р

Предполагая тормозной момент ( момент сопротивления преодолеваемый двигателем) постоянным М_мех=const, можно установить, что уменьшение напряжения на выводах двигателя должно сопровождаться увеличением скольжения двигателя до такого значения, чтобы вращающий момент вновь уравновесить  тормозной момент.

Также при данной механической нагрузке Р_мех у каждого двигателя есть определенный критический режим, напряжение U_кр и S_кр, при которых этот режим наступает называется критическим. Максимальный момент, который может развивать двигатель в критическом режиме, равен механическому моменту рабочей машины. При дальнейшем понижении напряжения работа невозможна, поскольку электрический момент оказывается меньше механического.  

Как видно из схемы замещения реактивная мощность имеет две составляющие Q=Q_s +Q_m

Q_s –реактивная мощность, идущая на создание полей рассеивания статора и ротора;

Q_m  -реактивная мощность, идущая на создание намагничивающего потока.

Причем так как , а при постоянном механическом моменте   при w₀=1 

      

Зависимость  будет иметь такой же вид, что и

 

Рис.5

Двигатели работают устойчиво, если Q_s находится на нижней ветви характеристики.