Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что отображает механическая характеристика двигателя

Что отображает механическая характеристика двигателя

3.2.9. Механическая характеристика асинхронного двигателя ( n = f (М) )

Из схемы замещения (см. рис. 3.16) имеем

;

.

Из условия получаем координату экстремальной (критической) точки

; .

Так как мало, то им можно пренебречь.

– формула Клосса.

Анализ механической характеристики (рис. 3.18).

Анализ выражения для определения момента показывает, что момент пропорционален квадрату приложенного напряжения, поэтому асинхронный двигатель очень критичен к изменению

Рис. 3.18. Механическая характеристика асинхронного двигателя

напряжения питания. Критический момент М кр не зависит от сопротивления обмотки ротора , а критическое скольжение S кр – от величины приложенного напряжения U . Асинхронный двигатель имеет малый пусковой момент, что создает проблемы при запуске двигателя под нагрузкой.

Изменения напряжения питания U и активного сопротивления R 2 влияют на механические характеристики асинхронного двигателя (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Влияние U ( а) и R 2 ( б) на механическую

характеристику асинхронного двигателя

Область работы асинхронного двигателя. Включает в себя область устойчивой работы двигателя 1– 2 и неустойчивой работы 2– 3 (рис. 3.20). В области устойчивой работы проявляется свойство саморегуляции скорости.

Для оценки перегрузочной способности двигателя вводится коэффициент перегрузки

.

При попадании в область неустойчивой работы двигатель останавливается.

Что отображает механическая характеристика двигателя

Скорость вращения и механические характеристики двигателей

Основным элементом двигателей постоянного тока является якорь. Электромагнитные процессы в цепи якоря определяют характер и качество преобразования энергии. Важнейшей из характеристик, связывающей два главных параметра электромеханического преобразователя с вращательным движением – скорость или частоту вращения и электромагнитный момент , является механическая характеристика или . Она показывает влияние механической нагрузки (момента) на валу двигателя на скорость вращения, что особенно важно знать при выборе и эксплуатации двигателей.

Современные приводы обычно представляют собой автоматизированные системы, предназначенные для решения сложных технологических задач, большинство из которых требуют управления процессом преобразования энергии в двигателе и, в частности, управления скоростью его вращения. Поэтому помимо механической характеристики разработчикам и пользователям необходимо знать возможности и особенности регулирования, которые описываются регулировочной характеристикой , где — управляющая величина.

Механические характеристики могут быть естественными и искусственными. Под естественными характеристиками понимают характеристики полученные при номинальных параметрах источника питания и отсутствии каких-либо регулировочных устройств в цепях якоря и возбуждения. Все остальные характеристики называются искусственными.

Уравнение механической характеристики машины постоянного тока можно получить из уравнения Кирхгофа для цепи якоря

, где — напряжение на якоре, — сопротивление якоря, а — противо-ЭДС.

Подставляя выражение для противо-ЭДС получим уравнение скоростной или электромеханической характеристики

Выражая ток якоря через электромагнитный момент , получим уравнение механической характеристики

или в системе СИ –

Преобразование характеристики выполнено с учетом того, что в системе СИ , а также того, что константы и , являются выражениями для числа витков обмотки якоря взаимодействующих с магнитным потоком Ф, поэтому произведение является потокосцеплением якоря.

Полученные выражения справедливы для любой машины постоянного тока при условии независимости величин , Ф. и , но они могут видоизменяться, если между этими величинами появляется связь.

Такая связь может появляться, в частности, если обмотка возбуждения или ее часть включается в цепь якоря. Это приводит к существенному изменению характера функции , поэтому двигатели постоянного тока по схеме электрической цепи делятся на двигатели с

В двигателях с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от отдельного источника постоянного тока или магнитное поле главных полюсов этих машин создается постоянными магнитами.

При параллельном возбуждении обмотка возбуждения и цепь якоря соединены параллельно и питаются от одного источника.

При последовательном возбуждении обмотка возбуждения включается последовательно с цепью якоря, а при смешанном на главных полюсах делаются две обмотки, одна из которых включается последовательно, другая – параллельно.

§79. Характеристики асинхронных двигателей

Характеристики асинхронных двигателей.

Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

Механическая характеристика.

Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n1 (скольжение sном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора.

Как показывает кривая на рис. 262, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Наибольший вращающий момент Mmax двигатель развивает при некотором скольжении skp, составляющем 10—20%. Отношение Mmax/Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мпном — его пусковые свойства.

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки Мвн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения Mmax (до точки В).

Читать еще:  Что то стучит в двигателе мото

Если нагрузочный момент Мвн превысит момент Mmax, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками.

При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками.

Поэтому характеристику 1 (рис. 263) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент Мп такого двигателя значительно больше, чем момент М’п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рабочие характеристики.

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М2, тока статора I1 коэффициента полезного действия η и cosφ1, от полезной мощности Р2 = Рmx при номинальных значениях напряжения U1 и частоты f1 (рис. 264).

Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р2 изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М2 пропорционален мощности Р2, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента Мтр, создаваемого силами трения.

Ток статора I1, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р2 = 0 имеется некоторый ток холостого хода I. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cosφ1 асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9.

Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

Работа при пониженном напряжении и обрыве одной из фаз.

Понижение напряжения сети не оказывает существенного влияния на частоту вращения ротора асинхронного двигателя. Однако в этом случае сильно уменьшается наибольший вращающий момент, который может развить асинхронный двигатель (при понижении напряжения на 30% он уменьшается примерно в 2 раза). Поэтому при значительном падении напряжения двигатель может остановиться, а при низком напряжении — не включиться в работу.

На э. п. с. переменного тока при уменьшении напряжения в контактной сети соответственно уменьшается и напряжение в трехфазной сети, от которой питаются асинхронные двигатели, приводящие во вращение вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, насосы).

Для того чтобы обеспечить нормальную работу асинхронных двигателей при пониженном напряжении (они должны нормально работать при уменьшении напряжения до 0,75Uном), мощность всех двигателей вспомогательных машин на э. п. с. берется примерно в 1,5—1,6 раза большей, чем это необходимо для привода их при номинальном напряжении.

Такой запас по мощности необходим также из-за некоторой несимметрии фазных напряжений, так как на э. п. с. асинхронные двигатели питаются не от трехфазного генератора, а от расщепителя фаз.

При несимметрии напряжений фазные токи двигателя будут неодинаковы и сдвиг между ними по фазе не будет равен 120°. В результате по одной из фаз будет протекать больший ток, вызывающий увеличенный нагрев обмоток данной фазы. Это заставляет ограничивать нагрузку двигателя по сравнению с работой его при симметричном напряжении.

Читать еще:  3ct двигатель какое масло лить

Кроме того, при несимметрии напряжений возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле и несколько изменяется форма механической характеристики двигателя. При этом уменьшаются его наибольший и пусковой моменты.

Несимметрию напряжений характеризуют коэффициентом несимметрии, который равен среднему относительному (в процентах) отклонению напряжений в отдельных фазах от среднего (симметричного) напряжения. Систему трехфазных напряжений принято считать практически симметричной, если этот коэффициент меньше 5 %.

При обрыве одной из фаз двигатель продолжает работать, но по неповрежденным фазам будут протекать повышенные токи, вызывающие увеличенный нагрев обмоток; такой режим не должен допускаться. Пуск двигателя с оборванной фазой невозможен, так как при этом не создается вращающееся магнитное поле, вследствие чего ротор двигателя не будет вращаться.

Использование асинхронных двигателей для привода вспомогательных машин э. п. с. обеспечивает значительные преимущества по сравнению с двигателями постоянного тока. При уменьшении напряжения в контактной сети частота вращения асинхронных двигателей, а следовательно, и подача компрессоров, вентиляторов, насосов практически не изменяются. В двигателях же постоянного тока частота вращения пропорциональна питающему напряжению, поэтому подача этих машин существенно уменьшается.

Иcследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Министерство образования Российской Федерации

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “Электропривод и автоматизация

промышленных установок”

Иcследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Методические указания к лабораторной работе №1

для студентов направления 551300 всех форм обучения

Исследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением: Лаб. Работа №1 по курсу «Основы электропривода» для студентов направления 551300 всех форм обучения/НГТУ; Сост.:

Изложены электромеханические свойства двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в двигательном и тормозном режимах и порядок проведения лабораторной работы.

Подп. к печати 29.03.05. Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная.

Печ. л. 0,75. Уч.-изд. л. 0,6. Тираж 300 экз. Заказ 145

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. Нижний Новгород, ул. Минина, 24

У Нижегородский государственный

технический университет, 2005

Целью работы является исследование механических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в двигательном и тормозных режимах.

Основные сведения

Под механической характеристикой электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением понимается зависимость угловой скорости вращения его вала от электромагнитного момента, т. е. w = f(М).

Механические характеристики подразделяются на естественные и искусственные.

Естественной механической характеристикой называют характеристику электродвигателя, полученную при номинальном напряжении на его зажимах, нормальной схеме включения обмоток и отсутствии внешних резисторов в их цепях.

Искусственной механической характеристикой называют характеристику, полученную при условии питания двигателя от сети с напряжением, отличным от номинального, или же при включении в цепь его якоря или в цепь обмотки возбуждения внешних резисторов, а также в случае включения электродвигателя по специальной схеме.

Механические характеристики электродвигателя характеризуются относительным изменением его скорости при изменении момента нагрузки.

,

где w0 — угловая скорость при идеальном холостом ходе;

w — угловая скорость при заданной нагрузке.

Механические характеристики в двигательном режиме

Аналитическое выражение механической характеристики электродвигателя с независимым возбуждением w = f(М) можно получить из совместного решения уравнения электрического равновесия напряжения на зажимах якоря, а также уравнений вращающего момента и противо-ЭДС электродвигателя:

U=E+IR (1) ; M=КФI (2); E=KФw (3),

где U – напряжение, приложенное к зажимам якоря;

Е – противо-ЭДС электродвигателя;

K – коэффициент, зависящий от конструктивных данных электродвигателя;

w – угловая скорость двигателя;

М — электромагнитный момент, развиваемый двигателем;

Ф — магнитный поток;

I — ток якоря;

R — суммарное сопротивление якорной цепи.

Уравнение механической характеристики электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением получим после совместного решения уравнений (1) ¸ (3):

, (4)

или , (5)

где С=KФ. (6)

Числовое значение С может быть определено из уравнения (1), записанного для номинального режима работы:

, (7)

где UH, IH, wH — номинальные значения напряжения, тока и сопротивления якоря и угловой скорости электродвигателя.

Анализ уравнения (4) показывает: во-первых, механическая характеристика электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением является линейной характеристикой; во-вторых, с уменьшением момента на валу электродвигателя до нуля его угловая скорость стремится к скорости идеального холостого хода; в-третьих, с увеличением сопротивления резистора в цепи якоря жесткость механических характеристик уменьшается (рис.1); в-четвертых, с ослаблением магнитного потока электродвигателя, что достигается уменьшением тока возбуждения, скорость его идеального холостого хода возрастает и полученная при этом механическая характеристика обладает меньшей жесткостью по сравнению с естественной характеристикой (рис.2).

Механические характеристики в тормозных режимах

Для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением возможны следующие тормозные режимы работы:

1) электродинамическое торможение;

2) торможение противовключением;

3) генераторное торможение с отдачей энергии в сеть (рекуперативное торможение).

Режим электродинамического торможения

Режимом электродинамического торможения называют такой режим работы электродвигателя, при котором его якорь отключается от питающей сети и замыкается на внешний резистор RT, а обмотка возбуждения остается подключенной к сети. В этом режиме двигатель работает в режиме генератора с независимым возбуждением (рис.3), преобразуя кинетическую энергию движущихся инерционных масс привода в электрическую, которая расходуется на нагрев резисторов в якорной цепи.

Читать еще:  Что такое ресивер в двигателе автомобиля

Уравнение механической характеристики в режиме динамического торможения можно получить из (4), полагая в нем напряжение сети равным нулю, U=0 :

, (8)

где R=RЯ+RT.

Из уравнения (8) видно, что механические характеристики в режиме динамического торможения расположены во втором квадранте и представляют прямые линии, проходящие через начало координат.

Тормозной момент возрастает с уменьшением сопротивления тормозного резистора и наоборот (рис.4). Наибольшего тормозного эффекта можно достигнуть при замыкании якоря двигателя накоротко. По условиям ограничения тормозного тока замыкание якоря накоротко применяется только для двигателей малой мощности, обладающих сравнительно большим сопротивлением якоря, а также для всех остальных электродвигателей при торможении на малых скоростях.

Электродинамическое торможение может быть использовано при тормозном спуске груза. В этом случае установившийся режим спуска будет иметь место при скорости, определяемой точкой А (рис.4).

Режим торможения противовключением

Режимом торможения противовключением называется такой режим работы, когда при вращении электродвигателя под действием инерционных масс привода в электродвигатель из сети поступает ток такого направления, которое соответствует вращению его в противоположную сторону.

Переход из двигательного режима в режим торможения противовключением можно осуществить изменением полярности напряжения на зажимах якоря.

При изменении полярности напряжения (рис.5) необходимо в цепь якоря двигателя ввести внешний тормозной резистор, с тем чтобы ток в нем, обусловленный суммой напряжения в сети и ЭДС электродвигателя, не превысил допустимого значения.

Уравнение механической характеристики для данного режима получается из (4) при смене знака перед напряжением:

. (9)

Анализ уравнения (9) показывает, что механические характеристики в режиме торможения противовключением линейны и расположены во втором квадранте (рис.6). С уменьшением сопротивления тормозного резистора тормозной момент возрастает и наоборот.

Режим торможения противовключением может быть получен без изменения полярности напряжения на якоре двигателя при наличии активного статического момента на его валу за счет введения в цепь якоря резистора RT с достаточно большим сопротивлением. Точка установившегося режима при этом находится в четвертом квадранте (точка А, рис.6) и привод работает в режиме тормозного спуска.

Режим рекуперативного торможения

Режимом рекуперативного торможения называют такой режим, когда электродвигатель при определенных режимах работы привода, в силу своей обратимости, становится генератором, преобразуя кинетическую энергию движущихся масс механизма в электрическую с отдачей ее в питающую сеть.

Переход электродвигателя в генераторный режим с отдачей энергии в сеть возможен при скорости привода, превышающей скорость соответствующего идеального холостого хода. При этом ЭДС двигателя, направленная встречно с напряжением сети, становится больше его и ток в якоре электродвигателя меняет направление на обратное. Практически режим рекуперативного торможения может быть осуществлен:

1) при наличии отрицательного статического момента нагрузки, когда электродвигатель под его действием в сторону вращения, получив ускорение, достигает скорости, превышающей скорость идеального холостого хода (рис.7);

2) при переходе электродвигателя с большей скорости, полученной ослаблением потока двигателя, на меньшую за счет резкого увеличения магнитного потока (участок w2 – w0 характеристики 1 на рис.8).

Уравнение механической характеристики для данного режима можно получить из (4), полагая в нем М = —МТ :

. (10)

Из уравнения (10) следует, что механические характеристики в данном режиме при различных сопротивлениях резисторов в якорной цепи электродвигателя являются продолжением характеристик двигательного режима в области второго квадранта (рис.7). С увеличением скорости w при неизменном R величина тормозного момента возрастает. Увеличение сопротивления внешнего резистора в цепи якоря при неизменном отрицательном статическом моменте на валу электродвигателя приводит к увеличению скорости вращения привода.

Переход из двигательного режима в режим рекуперации при резком увеличении потока возбуждения двигателя приведен на рис.8.

Программа работы

1. Ознакомиться с электрооборудованием установки (см. рис. 9).

2. Рассчитать величины сопротивлений тормозных резисторов для режимов динамического торможения и торможения противовключением при I/IH=2 и I/IH=2,5.

3. Снять и построить механические характеристики электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением:

б) искусственные при добавочных резисторах в цепи якоря электродвигателя сопротивлением R1=5 Ом и R2=10 Ом;

в) искусственные при токах возбуждения IВ=0,9IВH и IВ=0,7IВH;

4. Снять характеристики электродвигателя:

а) для режима динамического торможения и торможения противовключением при сопротивлениях тормозных резисторов, рассчитанных в п.2;

б) для режима рекуперативного торможения при добавочных резисторах в цепи якоря электродвигателя сопротивлением R1=0 и R2=5 Ом.

5. По характеристикам w = f(t) и IЯ = f(t) рассчитать и построить механические характеристики w(М) для всех тормозных режимов.

6. По аналитическим формулам рассчитать и построить естественную и искусственную механические характеристики w = f(М) при U=UH и RЯ=5 Ом.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector