Механические характеристики рабочих машин и электродвигателей

 

1. Механические характеристики рабочих машин (зависимость угловой скорости механизма от момента сопротивления на его валу) :

1 – не зависящая от скорости;

2 – линейно зависящая;

3 – нелинейно зависящая (вентиляторная);

4 – намоточно-размоточная.

 

 

2. Механические характеристики ЭД (зависимость угловой скорости двигателя от момента сопротивления на его валу) :

1 – синхронный двигатель (СД);

2 – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ с НВ) и вентильный двигатель (ВД);

3 – трехфазный асинхронный двигатель (АД);

4 – двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением (ДПТ с ПВ);

 

 

При выборе привода согласование механических характеристик двигателя и рабочей машины происходит по следующим параметрам:

а) по диапазону регулирования скорости ;

б) по нагрузке (, );

в) по энергетическим показателям ().

 

 

Механические характеристики ДПТ

 

1) Механические характеристики ДПТ с независимым возбуждением

 

Уравнение механической характеристики ;

где - конструктивная постоянная двигателя, - число пар полюсов; - число активных стержней; - число пар параллельных ветвей (количество обмоток в секции); - сопротивление якорной цепи.

 

 

1 – Естественная характеристика при всех номинальных параметрах ()

1' – Инверсная (реверсная) характеристика. Для реверса ДПТ с НВ

2 – Управление напряжением якоря (1-я зона управления)

3 – Управление магнитным потоком (2-я зона управления)

4 – Управление сопротивлением

Наиболее экономичный способ регулирования скорости ДПТ связан с изменением напряжения, подводимого к якорю, а не сопротивлений цепи якоря или обмотки возбуждения. Для регулирования напряжения необходимы специальные силовые преобразователи (управляемые выпрямители).

 

Тормозные режимы:

5 – Динамическое торможение: двигатель отключается от сети, якорь закорачивается на сопротивление,;

6 – Торможение противотоком;

7 – Рекуперация (отдача энергии двигателем обратно в сеть). Условия рекуперации: , реверс момента. Реализуется с помощью управляемого преобразователя, включенного в цепь якоря двигателя.

 

2) Механические характеристики ДПТ с последовательным возбуждением

 

 

; ; ;

т.е. механическая характеристика нелинейная.

 

 

1 – естественная характеристика;

2 - - ввод добавочного сопротивления;

3 – динамическое торможение;

4 – режим противотока.

У данных ДПТ , т.е. двигатель нельзя включать без нагрузки и применять ременные передачи. По этой же причине рекуперация невозможна. Применяется в подъемных и транспортных машинах.

 

Механические характеристики асинхронных двигателей (АД)

 

1) Механические характеристики 3-фазных АД

 

Асинхронный электродвигатель имеет трехфазную обмотку статора. При подаче на неё трехфазного напряжения частотой , образуется магнитное поле, вращающееся с угловой скоростью , где - число10

пар полюсов статора (определяется укладкой обмотки).

Ротор АД чаще всего выполняется короткозамкнутым ("беличья клетка"). В подъёмных и транспортных машинах применяют фазный ротор, где обмотка ротора через контакные кольца выводится на неподвижное основание и соединяется с добавочными сопротивлениями.

В настоящее время АД по умолчанию применяют для привода большинства объектов.

 

При описании АД электрические параметры двигателя имеют индексы: 1 – статор; 2 – ротор.

При R₁=0 механическая характеристика описывается формулой

, где - критический момент; - скольжение.

 

 

1 – естественная ();

1' – реверс (меняются местами две из трех фаз);

2 - , ;

3 - или ;

4 – АД с фазным ротором , .

тормозные режимы

5 – динамическое торможение: на обмотку статора подается постоянный ток, тогда раскручиваемый ротор будет тормозиться;

6 – противоток (реверс): (меняются местами две фазы);

7 – рекуперация , реверс момента. Для торможения до нуля требуется ПЧ, который непрерывно снижает .

Пуск АД: Для ограничения пусковых токов АД большой мощности или получения плавного пуска асинхронного привода применяют:

1) включение активных или индуктивных сопротивлений в цепи статора, которые выводятся в конце пуска;

2) "частотный" пуск через преобразователь, плавно изменяющий частоту питания двигателя ;

3) пуск с фазным ротором;

4) реакторный пуск – включение индуктивных сопротивлений в цепь ротора. Вначале пуска частота тока в роторе близка к частоте сети, индуктивное сопротивление велико и ограничивает пусковой ток.

 

2) Механические характеристики двухфазных АД

 

 

Выпускаются на мощность до 1 кВт. Могут выполняться со сплошным или полым ротором. ОВ, ОУ – соответственно обмотки возбуждения и управления; Для сдвига фаз в цепь ОВ последовательно включают конденсатор емкостью 1-2 мкФ на каждые 100 Вт.

, при однофазном включении .

Примечание: при частотном управлении характеристики станут линейными и параллельными друг другу, при фазовом – только линейными.