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

78 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

80050. Путешествие в страну Профессий. Брейн-ринг 240 KB
  Учитель: За одну минуту каждая команда должна придумать и записать на листе бумаги как можно больше названий профессий на букву П. Мне нужны такие вещи: Молоток тиски и клещи Ключ напильник и ножовка А всего нужней сноровка Слесарь Учитель: А какие орудия труда помогают людям разных профессий Отгадайте.
80051. САМАЯ ВАЖНАЯ ПРОФЕССИЯ 39.5 KB
  Ассистенты проекта: родители - представители разных профессий учителя начальных классов. О людях каких профессий я вам напомнила Продолжим наше путешествие в мир профессий. Выводы о значимости и важности всех профессий. Рассказы приглашенных родителей об особенностях их профессий.
80052. Подорож материками 39.5 KB
  Мета: сформувати уявлення про материки, продовжувати формувати уявлення про глобус, карту півкуль, розвивати вміння працювати з фізичною та контурною картами, вміння працювати з додатковою літературою, розвивати пізнавальні інтереси, виховувати спостережливість, любов до природи.
80053. Охорона природи на Землі 88 KB
  Вчити дітей знаходити красиве в природі. Збагатити знання дітей про природу і заходи щодо її збереження. Вміти зіставляти вчинки людей, аргументувати свою думку, встановлювати зв’язок між елементами довкілля. Формувати у дітей ділову готовність реалізувати ці знання в нестандартній ситуації...
80054. Природна зона мішаних лісів 144.5 KB
  Мета: продовжити формувати уявлення про Україну; розкрити значення вислову мішані ліси; розкрити значення лісів для життя людей; розвивати спостережливість мислення уміння аналізувати і робити висновки; вміння висловлювати свої думки; виховувати бережливе дбайливе ставлення до природи...
80055. Не дай скотитися у прірву… 8.97 MB
  Мета: розкрити негативні сторони самостійного життя поза батьківським домом, сприяти формуванню у випускників відповідального ставлення до свого життя, до життя своїх батьків, допомогти учням знайти відповіді на питання: як нам жити, що робити, як вижити в цьому світі?
80056. Проблема под микроскопом 63.5 KB
  Цели и задачи мероприятия: дать представление учащимся о понятии «проблема»; научить детей выделять и оформлять проблему; познакомить учащихся с различными способами решения личностных проблем; развивать навыки употребления полученных знаний на смоделированных проблемных ситуациях...
80057. Забуті народні свята осіннього циклу 72.5 KB
  Мета. Дослідити забуті народні свята осіннього циклу: Дмитра(8 листопада), Святої П’ятниці(10 листопада), Кузьми й Дем’яна(14 листопада); організувати пошукову роботу стосовно відродження втрачених обрядів, звичаїв, традицій українських ярмарків.
80058. ENGLISH HOLIDAYS 719 KB
  Актуальність проекту: прагматична направленість на результат; цей результат можна побачити осмислити застосувати в реальній практичній діяльності; дозволяє органічно інтегрувати знання учнів з різних сфер навколо рішення однієї проблеми.