45976

Механические характеристики электродвигателей

Лекция

Физика

Скорость почти всех электродвигателей является убывающей функцией момента двигателя, то есть с увеличением момента скорость уменьшается [чил 33]. Но степень изменения скорости у разных электродвигателей различна и характерезуется параметром жесткость механические характеристик.

Русский

2014-03-28

86.95 KB

67 чел.

ТЕМА ЛЕКЦИИ 10

Механические характеристики электродвигателей

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1.Естественные и искусственные механические характеристики электродвигателей

  1.  Жесткость механических характеристик 
  2.  Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
  3.  Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения
  4.  Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя
  5.  Механическая характеристика синхронного двигателя. Область применения синхронных двигателей на судах

 

Механической характеристикой двигателя, независимо от рода тока, называют зависимость угловой скорости вала электродвигателя ω (далее – двигателя) от электромагнитного момента двигателя , т.е зависимость        ω ().

Здесь следует сделать важное замечание: в соответствии с уравнением моментов, в установившемся режиме   = , электромагнитный момент двигателя уравновешивается статическим моментом (моментом сопротивления) механизма. Это означает, что величина электромагнитного момента двигателя полностью зависит от момента механизма – чем больше тормозной момент механизма, тем больше вращающий момент двигателя, и наоборот.

       То есть, для любого двигателя входной величиной является момент механизма, а выходной  его скорость.

Скорость почти всех электродвигателей является убывающей функцей момента двигателя, то есть с увеличением момента скорость уменьшается [чил 33]. Но степень изменения скорости у разных электродвигателей различна и характерезуется параметром жесткость механические характеристик.

Жёсткость механические характеристик электропривода β  это отношение разности электромагнитных моментов двигателя при разных скоростях к соответствующуй разности угловых скоростей электропривода.

β = (М2  М1)/( ω2  ω1)= Δ / Δω

Обычно на рабочих участках механические характеристики электродвигателей имеют отрицательную жёсткость  β < 0,  так как( ω2< ω1,

М1< М2) при большей скорости электромагнитный момент меньше.

Различают естественные и искусственные механические характеристики электродвигателей.

Естественная механическая характеристика  – это зависимость          ω(), снятая при нормальных условиях работы двигателя, т.е. при номинальных параметрах питающей сети и отсутствии добавочных резисторов в цепях обмоток двигателей.

        К параметрам питающей сети относятся: при постоянном токе – напряжение, при  переменном токе – напряжение и частота тока.

Характеристики, снятые при условиях, отличных от нормальных, называют искусственными.

Искусственные характеристики можно получить путем изменения параметров двигателя, например, путем введения резисторов в цепь обмотки якоря двигателя постоянного тока или в цепь обмотки ротора асинхронного двигателя, либо изменением параметров питающей сети, т.е. напряжения и частоты переменного тока.

 Каждый электродвигатель имеет одну естественную и множество искусственных характеристик. Число искусственных характеристик зависит от числа ступеней регулирующего элемента, например, числа ступеней регулировочного реостата в цепи обмотки якоря двигателя постоянного тока. Если у двигателя таких ступеней – пять, то такой двигатель имеет шесть характеристик – пять искусственных и одну естественную.

Искусственные механические характеристики применяются для получения таких режимов работы двигателя, как регулирование скорости, реверс, электрическое торможение, и др.

Рассмотрим естественные механические характеристики двигателей разных  типов.

Рис. 10.1 Естественная механическая (а) и угловая (б) характеристики синхронного двигателя; θ угол отставания оси ротора от оси магнитного поля обмотки статора

Естественная механическая характеристика синхронного двигателя

Естественная механическая характеристика синхронного двигателя (рис. 10.1а )  абсолютно жесткая  это характеристика при которой скорость  с изменением момента не изменяется, ее жесткость (β = ∞)

β = Δ / Δω = Δ / 0 = ∞.

 Cтабильность скорости ротора синхронного двигателя объясняется угловой характеристики синхронного двигателя θ() следующим образом   ( рис. 10.1 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.10.1б). Если электромагнитный момент двигателя    М = 0, двигатель работает в режиме холостого хода.

Если приложить к валу двигателя механическую нагрузку и увеличивать ее, то ротор 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 увеличением тормозного момента механизма как раз и обеспечивает стабильность скорости двигателя ( на рис. 10.1а  участок характеристики от  = 0 до  = ).

Однако постоянство скорости двигателя сохраняется до тех пор, пока угол θ≤90°. При θ = 90° двигатель развивает критический (максимальный) момент (точка А на рис. 10.1 а).

Если при  θ = 90° вновь увеличить механическую нагрузку (θ > 90°), электромагнитный момент двигателя станет уменьшаться (отрезок АВ угловой характеристики), т.е. этот момент окажется меньше тормозного момента механизма. В результате скорость ротора 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 электродвигателей, вращающих винты; на берегу – для привода мощных механизмов, например, компрессоров на газоперекачивающих станциях.

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока паралельного возбуждения ( рис. 8.5 ) – жёсткая, потому что ее жёсткость

β = Δ / Δω ≤ 10%.

Рис. 10.2 Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

 

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

Такие двигатели применяются там, где при изменении нагрузки механизма в широких пределах скорость двигателя не должна изменяться резко   – в электроприводах насосов, вентиляторов и т.п.

   

Рис. 10.3  Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (рис. 10.3  ) – мягкая, потому что ее жёсткость

β = Δ  / Δω > 10%.

Это означает, что при изменении электромагнитного момента двигателя даже в небольших пределах его скорость изменяется значительно.

Напомним две характерные особенности этого двигателя двигателя постоянного тока последовательного возбуждения:

  1.  При уменьшении механической нагрузки на валу или ее отсутствии             ( = )

скорость двигателя резко увеличивается, двигатель «идет вразнос». Поэтому этот двигатель нельзя оставлять без нагрузки на валу;

  1. При пуске двигатель развивает пусковые моменты больше, чем у двигателей 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. 10.4 Естественные механические характеристики двигателей постоянного тока смешанного возбуждения: 1 с параллельно-последовательным возбуждением;

2 - с последовательно параллельным возбуждением

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанного возбуждения промежуточная  между характеристиками двигателей паралельного и последовательного возбуждения, т.к. магнитный поток возбуждения создается совместным действием обеих обмоток – параллельной и последовательной.

Различают два вида двигателей смешанного возбуждения:

  1.  с паралельно последовательным возбуждением, у которых основную часть результирующего магнитного потока создает параллельная обмотка (до 70%, остальные 30%  последовательная);

2. с последовательно параллельным возбуждением, у которых основную часть результирующего магнитного потока создает последовательная обмотка (до 70%, остальные 30%  параллельная).

Поэтому график  механической  характеристики двигателя первого вида более жесткий, чем у  двигателя второго вида.

Обе механические характеристики  мягкие, потому что их жесткость

β = Δ / Δω > 10%.

На судах двигатели смешанного возбуждения применяются в регулируемых электроприводах – лебедках, кранах, брашпилях и шпилях.

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

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

Рис. 10.5 Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

При пуске двигатель развивает пусковой  момент (отрезок ОА), после чего разгоняется по траектории АВС до точки С. При этом на участке АВ одновременно увеличиваются как скорость, так и момент, в точке В двигатель развивает максимальный момент . На участке ВС  скорость продолжает  увеличиваться, а момент уменьшается, до номинального (точка С). На участке BC двигатель перегружен, т.к. в любой точке этого участка электромагнитный момент двигателя больше номинального ( > > ).

В нормальних условиях двигатель работает на участке СD, жесткость которого  

β = Δ / Δω < 10%.

Это означает, что при изменении момента в широких пределах скорость двигателя изменяется незначительно.

Асинхронные двигатели нашли самое широкое применение на судах с электростанцией на переменном токе.

Промышленность выпускает специально для судов асинхронные двигатели разных серий, например, 4А…ОМ2 (четвертая серия асинхронных двигателей), МАП (морской асинхронный полюсопереключаемый), МТF        (c фазным ротором) и др.

При этом двигатели серии 4А – односкоростные, серии МАП – двух- и трехскоростные, серии МТF – число скоростей определяется схемой управления ( до 5 скоростей ).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13283. ДЕФОРМАЦИИ РАСТЯЖЕНИЯ И ИЗГИБА 717 KB
  ДЕФОРМАЦИИ РАСТЯЖЕНИЯ И ИЗГИБА Задание. Определить модуль Юнга стальной проволоки с предельной относительной погрешностью не превышающей. Задание. Определить модуль Юнга дерева с предельной относительной погрешностью не превышающей...
13284. Классификация затрат на производство и реализацию продукции 67.5 KB
  Деление затрат по функциям деятельности позволяет в планировании и учете определять величину затрат в разрезе подразделений каждой сферы, что является одним из важных условий организации внутрихозяйственного расчета.
13285. Навыки работы с программным пакетом Electronics Workbench (EWB) для виртуального моделирования физических измерительных процессов 89.5 KB
  Лабораторная работа №1 Навыки работы с программным пакетом Electronics Workbench EWB для виртуального моделирования физических измерительных процессов. Цель исследования: Получить начальное представление о базовых возможностях программного пакета EWB необходимых для мод...
13286. Изучение вольтамперных характеристик биполярного транзистора в среде Electronics Workbench 380.5 KB
  Лабораторная работа №2 Изучение вольтамперных характеристик биполярного транзистора в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы биполярного транзистора в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения его входной и выходной вольтамперных характер
13287. Виртуальные измерения магнитной индукции на основе эффекта Холла в среде Electronics Workbench 333.5 KB
  Лабораторная работа №3 Виртуальные измерения магнитной индукции на основе эффекта Холла в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы датчика Холла в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения с его помощью магнитной индукции. Задание на...
13288. Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench 367 KB
  Лабораторная работа №4 Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы пироэлектрического датчика в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения внешнего теплового потока заданного периодической пос
13289. Hands-On Lab Debugging Applications in Windows Azure 818.61 KB
  HandsOn Lab Debugging Applications in Windows Azure Contents Overview3 Exercise 1: Debugging an Application in the Cloud5 Task 1 – Exploring the Fabrikam Insurance Application5 Task 2 – Running the Application as a Windows Azure Project7 Task 3 – Adding Tracing Support to the Application14 Task 4 – Creating a Log Viewer Tool25 Verification33 Summary38 Overview Using Visual Studio you can debug applications in your local ...
13290. Автоматизация создания документов с помощью Visual Basic .NET 101.5 KB
  6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Автоматизация создания документов с помощью Visual Basic .NET 6.1. Цель работы: приобретение практических навыков автоматизации создания документов с помощью Visual Basic с использованием инструментальных средств интегрированной среды разработки Vis...
13291. ТЕХНОЛОГІЇ ПРОГРАМУВАННЯ 1.46 MB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до лабораторних робіт з дисципліни ТЕХНОЛОГІЇ ПРОГРАМУВАННЯ Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни €œТехнології програмування€ для студентів напрямів 6.040302 Інформатика 6.040301 Прикладна математика / Упоряд. Кобилін О.А. Маш...