Механические характеристики электродвигателей

Понятие «механическая характеристика электродвигателя» было приведено выше.

Повторим и разовьем это понятие.

Механической характеристикой двигателя, независимо от рода тока, называют зави

симость угловой скорости вала двигателя ω ( далее – двигателя ) от электромагнитного мо

мента двигателя М, т.е зависимость ω (М).

Здесь следует сделать важное замечание: в соответствии с уравнением моментов

М = М, в установившемся режиме электромагнитный момент двигателя определяется

величиной статического момента механизма. Это означает, что величина электромагнит-

ного момента двигателя полностью зависит от момента механизма – чем больше тормоз-

ной момент механизма, тем больше вращающий момент двигателя, и наоборот. Иначе го-

воря, для любого двигателя входной величиной является момент механизма, а выходной – его скорость.

Различают естественные и искусственные механические характеристикиэлектро

К параметрам питающей сети относят:: на постоянном токе – напряжение, на пере-

менном – напряжение и частота тока.

Характеристики, снятые при условиях, отличных от нормальных, называют искус-

Искусственные характеристики можно получить путем изменения параметров само

го двигателя, например, путем введения резисторов в цепь обмотки якоря двигателя посто

янного тока или в цепь обмотки статора асинхронного двигателя, либо изменением пара-

метров питающей сети, т.е. напряжения и частоты переменного тока.

Каждый электродвигатель имеет одну естественную и множество искусственных

характеристик. Число последних зависит от числа ступеней регулирующего элемента, на-

пример, числа ступеней регулировочного реостата в цепи обмотки якоря двигателя посто-

янного тока. Если у двигателя таких ступеней – пять, то такой двигатель имеет шесть ха-

рактеристик – пять искусственных и одну естественную.

Искусственные механические характеристики применяются для получения таких режимов работы двигателя, как регулирование скорости, реверс, электрическое торможе

Рассмотрим естественные механические характеристики двигателей разных типов.

Рис. 8.4. Естественная механическая ( а ) и угловая ( б ) характеристики синхрон

ного двигателя; θ – угол отставания оси ротора от оси магнитного поля обмотки статора

Естественная механическая характеристика синхронного двигателя ( рис. 8.1, а ) – абсолютно жесткая, потому что ее жесткость

Иначе говоря, при изменении электромагнитного момента М двигателя в широких пределах скорость двигателя не изменяется.

Cтабильность скорости ротора синхронного двигателя объясняется при помощи угловой характеристики синхронного двигателя θ ( М ) следующим образом ( рис.8.14, б ).

Если механическая нагрузка к ротору не приложена, то оси ротора и вращающегося магнитного поля обмотки статора совпадают, т.е. θ = 0° ( точка 0 на рис. 8.14, б ). Электромагнитный момент двигателя М = 0, двигатель работает в режиме холостого хода.

Если приложить к валу двигателя механическую нагрузку и увеличивать ее, то ро-

тор под действием механической нагрузки станет отставать от магнитного поля обмотки статора на все больший угол θ. Чем больше механическая нагрузка на валу, тем больше этот угол и тем больше вращающий электромагнитный момент двигателя.

Такое одновременное увеличение вращающего момента двигателя, вызываемое уве

личением тормозного момента механизма как раз и обеспечивает стабильность скорости двигателя ( на рис. 8.4, а участок характеристики от М = 0 до М = М).

Однако постоянство скорости двигателя сохраняется до тех пор, пока угол θ≤90°.

При θ = 90° двигатель развивает критический ( максимальный ) момент М( точка А на рис. 8.4, а ).

Если при θ = 90° вновь увеличить механическую нагрузку ( θ > 90° ), электромаг-

нитный момент двигателя станет уменьшаться ( отрезок АВ угловой характеристики ), т.е

этот момент окажется меньше тормозного момента механизма. В результате скорость рото

ра двигателя станет уменьшаться, и в конце концов ротор остановится.

Поскольку при этом скорость ротора меньше скорости вращающегося магнитного поля обмотки статора, говорят, что двигатель выпал из синхронизма.

Как следует из угловой характеристики двигателя, условие выпадения двигателя из синхронизма такое: : θ≤90°.

На практике номинальный угол θ= 20…40°.

Область применения синхронных двигателей: на судах – в качестве гребных элект-

родвигателей, вращающих винты; на берегу – для привода мощных механизмов, напри-

мер, компрессоров на газоперекачивающих станциях.

Рис. 8.5. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока паралель-

ного возбуждения ( рис. 8.5 ) – жесткая, потому что ее жесткость

Это означает, что при изменении электромагнитного момента двигателя в широких пределах его скорость достаточна стабильна ( т.е. изменяется незначительно ).

Такие двигатели применяются там, где при изменении нагрузки механизма в широ-

сов, вентиляторов и т.п.

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последова-

тельного возбуждения ( рис. 8.6 ) – мягкая, потому что ее жесткость

Это означает, что при изменении электромагнитного момента двигателя даже в не-

больших пределах его скорость изменяется значительно.

Рис. 8.6. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Напомним две характерные особенности этого двигателя:

скорость двигателя резко увеличивается, двигатель «идет вразнос». Поэтому этот двига-

тель нельзя оставлять без нагрузки на валу;

гателей других типов.

Эти двигатели не применяются на судах, но применяются на берегу, например, в электротранспорте, в частности, в троллейбусах, где они не остаются без нагрузки на валу и где нужны большие пусковые моменты ( при трогании троллейбуса с места ).

Рис. 8.7. Естественные механическиея характеристики двигателей постоянного тока смешанного возбуждения: 1- с параллельно-последовательным возбуждением;

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанно-

го возбуждения является промежуточной между характеристиками двигателей паралель-

ного и последовательного возбуждения, т.к. магнитный поток возбуждения создается сов-

местным действием обеих обмоток – параллельной и последовательной.

Различают два вида двигателей смешанного возбуждения:

1. с параллельно-последовательным возбуждением, у которых основную часть ре-

2. с последовательно- параллельным возбуждением, у которых основную часть ре-

Поэтому график механической характеристики двигателя первого вида более жест-кий, чем у двигателя второго вида.

β = ΔМ / Δω = ΔМ / 0 > 10%.

На судах двигатели смешанного возбуждения применяются в регулируемых элект-

роприводах – лебедках, кранах, брашпилях и шпилях.

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя имеет два участка – нерабочий ( разгонный ) АВ и рабочий ВСD ( рис. 8.8 ).

Рис. 8.8. Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

При пуске двигатель развивает пусковой момент М( отрезок ОА ), после чего раз

гоняется по траектории АВС до точки С. При этом на участке АВ одновременно увеличи-

ваются как скорость, так и момент, в точке В двигатель развивает максимальный момент М. На участке ВС скорость продолжает увеличиваться, а момент уменьшается, вплоть до номинального ( точка С ). На участке BC двигатель перегружен, т.к. в любой точке этого участка электромагнитный момент двигателя больше номинального ( М >

> М).

В нормальних условиях двигатель работает на участке СD, жесткость которого

Источник

Механические характеристики асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель преобразовывает электрическую энергию в механическую. Механическая характеристика асинхронного двигателя, электромеханическая и другие содержат информацию, без которой невозможна его правильная эксплуатация.

Эта конструкция достаточно широко применяется в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Без них немыслима работа станков, транспортеров, подъемно-транспортных машин. Двигатели, обладающие небольшой мощностью, широко используются в автоматике.

Устройство асинхронной машины

Схематичное устройство асинхронной машины

Классическая асинхронная машина состоит из 2 основных частей: ротора (подвижной) и статора (неподвижной). Три отдельные фазы составляют обмотку статора. С1, С2 и С3 — обозначения начала фаз. С3, С4 и С5 — соответственно концы фаз. Все они подсоединены к клеммному разъему по схеме звезда или треугольник, что показано на рисунках а, б, в. Схему выбирают учитывая паспортные данные двигателя и сетевое напряжение.

Статор создает внутри электродвигателя магнитное поле, которое постоянно вращается.

Ротор различают короткозамкнутый и фазный.

В короткозамкнутом скорость вращения не регулируется. Конструкция с ним проще и дешевле. Однако пусковой момент у него слишком мал по сравнению с машинами, у которых фазный ротор. Здесь скорость вращения регулируется за счет возможности ввода дополнительного сопротивления.

Принцип работы асинхронной машины

Подавая напряжение на обмотку статора, по каждой фазе можно наблюдать изменяющиеся магнитные потоки, которые по отношению друг к другу смещены на 120 градусов. Общий результирующий поток получается вращающимся и создает ЭДС внутри проводников ротора.

Там появляется ток, который во взаимодействии с результирующим потоком создает пусковой момент. Это приводит к вращению ротора.

Возникает скольжение S, т. е. разность между частотой вращения самого ротора n2 и частотой магнитного поля статора n1. Первоначально оно равно 1. Впоследствии частота возрастает, разность n1 – n2 уменьшается. Это ведет к уменьшению вращающего момента.

На холостом ходу скольжение минимально. Оно достигает критического значения Sкр, когда увеличивается статический момент. Превышение Sкр ведет к нестабильной работе машины.

Механическая характеристика

Как основная, помогает проводить детальный анализ работы электродвигателя. Она выражает непосредственную зависимость частоты вращения самого ротора от электромагнитного момента n=f (M).

Из графика видно, что на участке 1-3 машина работает устойчиво. 3-4 — непосредственный отрезок неустойчивой работы. Идеальный холостой ход соответствует точке 1.

Точка 2 — номинальный режим работы. Точка 3 — частота вращения достигла критического значения. Пусковой момент Мпуск — точка 4.

Наши читатели рекомендуют! Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Существуют технические способы расчетов и построения механической характеристики с учетом данных паспорта.

В первоначальной точке 1 n0=60f/p (p – количество пар полюсов). Поскольку nн и Mн непосредственно координаты точки 2, расчет номинального момента производится по формуле Mн=9,55*Рн/ nн, где Рн — номинальная мощность. Значение nн указано в паспорте двигателя. В точке 3 Mкр=Mнλ. Пусковой момент в точке 4 Mпуск=Mн*λпуск (значения λ, λпуск — из паспорта).

Механическая характеристика, построенная таким образом, называется естественной. Изменяя другие параметры можно получить искусственную механическую характеристику.

Полученные результаты дают возможность проанализировать и согласовать механические свойства самого двигателя и рабочего механизма.

Электромеханическая характеристика

Она являет собой зависимость угловой скорости вращения от тока статора. Используя несколько опорных точек можно построить электромеханическую характеристику. Номинальный ток рассчитывается по формуле:

Ток холостого хода составляет 30—40% от номинального.

Формула расчета при критическом скольжении:

Ток в начальный момент пуска:

Все значения отражают электромеханическую характеристику.

Рабочие характеристики

Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя — это взаимосвязь нескольких параметров от полезной мощности P2. В их число входят: частота вращения самого ротора n2, момент на валу М, скольжение S, ток статора I1, расходуемая мощность P, коэффициент мощности СОSφ и КПД.

Причем частота электрического тока и напряжение неизменны, в отличие от нагрузки.

Как правило, рабочие характеристики асинхронного двигателя строятся в диапазоне значений скольжения от 0 до значения, превышающего номинальное на 10%. Это зона, где машина работает устойчиво.

Частота вращения ротора n2 уменьшается при возрастании нагрузки на валу. Но эти изменения не превышают 5%. Ток I1 растет, поскольку при последующем увеличении нагрузки его активная составляющая превышает реактивную.

СОSφ при холостом ходе мал. Но затем он возрастает. При повышенных нагрузках СОSφ уменьшается из-за возрастающего внутри обмотки ротора реактивного сопротивления.

КПД холостого хода равен 0. С увеличением нагрузки наблюдается его резкий рост, а впоследствии, снижение.

Источник

Характеристики электродвигателей

Правильный выбор электродвигателя для производственного механизма – залог его нормальной и экономичной работы. Если электродвигатель подобран правильно, это упростит систему управления электроприводом и возможно удешевит стоимость электропривода. Как известно электропривод должен обеспечивать не только постоянство установившихся значений (скорость, момент), но и динамических (переходных процессов, таких как ускорение, тормозной момент, пусковой момент и т.д.).

Основным критерием для подбора электродвигателей используют зависимость, на которой отображают значение момента М электродвигателя и скорости вращения вала n при действии этого момента. Такая зависимость имеет название механическая характеристика n=f(M). По механическим характеристикам производят анализ электромеханических свойств двигателя, а также оценивают целесообразность применения его для различного рода механизмов и устройств. Они могут быть двух видов: естественные и искусственные.

Естественные механические характеристики: они снимаются при влиянии на двигатель номинальных параметров (номинальный ток, сопротивление обмоток, напряжение, момент сопротивления и т.д.). То есть двигатель подключается к источнику питания без каких-либо преобразовательных устройств – прямым включением.

Искусственные механические характеристики: их снимают при введении в цепь двигателя дополнительных элементов (резистор добавочный) или при пониженном напряжении питания, частоте (если двигатель переменного напряжения) и т.д. То есть на механическую характеристику двигателя производят искусственное влияние.

Также различают механические характеристики по изменению скорости вращения вала в зависимости от увеличения момента. Они оцениваются по жесткости:

и крутизне наклона:

Чтоб определить жесткость механической характеристики необходимо знать изменение скорости и момента на заданном участке зависимости n=f(M). Соответственно все расчеты жесткости ведутся либо в процентах, либо в относительных единицах.

Также механические характеристики можно отсортировать по группам:

Ниже приведен график различных механических характеристик электродвигателей:

Подбор электродвигателя определяется требованиями производственных механизмов. В таком производстве как прокатка металла, изготовление бумаги или картона, требуется четкое поддержание постоянства скорости, а такие механизмы, как подъемные и транспортные, не требуют жестких характеристик (в тяговых электроприводах используется ДПТ ПВ, также он применяется в некоторых крановых механизмах).

Источник

Механические характеристики электроприводов

Механические характеристики электродвигателей

Величины изменения момента и падения скорости при определении жесткости берут обычно в относительных единицах. Это дает возможность сравнивать характеристики двигателей различного вида.

В зависимости от степени жесткости все механические характеристики двигателей подразделяют на следующие группы.

3. Мягкие механические характеристики с большим относительным падением скорости при увеличении момента и с жесткостью до α = 10. Такие характеристики имеют двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением (кривая 4), двигатели с независимым возбуждением с большим сопротивлением в цепи якоря и асинхронные двигатели с добавочными сопротивлениями в цепи ротора.

При работе электропривода для преодоления сопротивления рабочей машины двигатель должен развивать определенный момент. Поэтому при выборе двигателя необходимо выявить прежде всего соответствие характеристик двигателя и рабочей машины.

Механические характеристики рабочих машин

Механической характеристикой рабочей машины называют зависимость момента статических сопротивлений машины от скорости вращения приводного вала. Эту зависимость для удобства совместного построения выражают обычно так же, как и характеристику двигателя, в виде ω = φ (Мс) или n = f (Мс).

Механическую характеристику машины можно получить опытным путем или расчетом, если известно распределение статических усилий или моментов по элементам кинематической схемы. Статические моменты машин могут зависеть не только от скорости, но и от других величин, поэтому при практических расчетах электроприводов необходимо рассматривать каждый случай в отдельности.

Статические моменты различных рабочих машин по характеру зависимости их от скорости (механические характеристики) подразделяют на группы. Наиболее часто встречающиеся на практике из них следующие.

1. Статический момент мало зависит или практически не зависит от скорости (кривая 1, рис. 2, б). Такие характеристики имеют подъемные механизмы, краны, лебедки, тельферы, а также ленточные транспортеры при постоянной нагрузке.

3. Статический момент уменьшается при увеличении скорости (кривая 3). К этой группе относятся характеристики некоторых транспортерных механизмов и некоторых металлорежущих станков.

4. Статический момент изменяется от скорости неоднозначно, с резким переходом, обусловленным особенностью технологического процесса. Характеристики этой группы имеют машины, работающие с частыми большими перегрузками, которые иногда приводят к полной остановке. Например, механизм черпания одноковшового экскаватора, скребковый транспортер, работающий под завалом транспортируемой массы, дробилки и другие машины.

Кроме перечисленных, на практике встречаются и другие виды механических характеристик машин, например поршневых насосов и компрессоров, статические моменты которых зависят от пути.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя

Задача №4

Регулирование частоты вращения двигателя независимого возбуждения в
системе Г-Д (привести схему).

Система
«генератор — двигатель».

В этой
системе, схема которой показана на рисунке 1, а, якорь 4
двигателя непосредственно присоединяется к якорю 3 генератора,
образующего вместе с при­ водным двигателем 1 электромашинный
выпрямитель 2 трехфазного пере­менного тока в постоянный,
вращающийся со скоростью ω_г. Регулирование напряжения
на якоре двигателя проис­ходит за счет изменения тока возбуж­дения
генератора 1_вг с помощью потен­циометра
8, при этом изменяется ЭДС генератора Е и соответственно напряжение
на якоре двигателя U. Регулирование
напряжения в этой систе­ме может сочетаться с воздействием на
магнитный поток двигателя, что обеспечит двухзонное регулирование скорости.

Регулирование
магнитного потока двигателя осуществляется изменением I_вд за счет включения в цепь обмотки 5 возбуждения
двигателя резистора б. В замкнутых ЭП питание обмотки 7 возбуж­дения
генератора происходит от регулируемого источника посто­янного тока, например
полупроводникового УВ. Характеристики системы Г — Д соответствуют
приведенным на рисунке 1, б.

Основными
достоинствами системы Г — Д являются большой ди­апазон и плавность
регулирования скорости двигателя, высокая же­сткость и линейность характеристик,
возможность получения всех энергетических
режимов работы, в том числе и рекуперативного тор­можения. В то же время
для нее характерны такие недостатки, как утроенная
установленная мощность системы, низкий КПД, инерци­онность процесса
регулирования скорости, шум при работе.

Искусственная механическая характеристика — двигатель

Искусственная механическая характеристика двигателя показана на рис. 14.8 пунктирной линией.

Жесткость искусственных механических характеристик двигателей постоянного и переменного токов отличается от жесткости естественных характеристик и зависит от способа регулирования скорости. Это существенно влияет на стабильность скорости при работе привода с переменной нагрузкой.

Естественная или искусственная механическая характеристика двигателя может быть построена по двум точкам.

Точный расчет искусственных механических характеристик двигателя в установившемся режиме является сложной и по существу невыполнимой задачей.

Полагаем, что естественная и искусственные механические характеристики двигателя прямолинейны.

Продолжая рассмотренный выше пример, построим искусственную механическую характеристику двигателя АК82 — 4 с магнитными усилителями УСО-20, проходящую через точку с координатами Мс.

Схема управления должна прежде всего обеспечивать требуемую жесткость искусственных механических характеристик двигателя на всем диапазоне регулирования скорости и ограничение тока якоря в переходных режимах.

Хотя полной компенсации изменения скорости вращения двигателя 8Д, вызванного изменением нагрузки на валу, при таком способе стабилизации не происходит, все же жесткость искусственной механической характеристики двигателя 8Д существенно возрастает, а отклонения скорости относительно установившегося значения соответственно значительно снижается.

Источник