Брандина Электрические машины (529639), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Условием устойчивости работы являетсяпадающая зависимость механической характеристики (4.51), т.е. приувеличении момента нагрузки на валу частота вращения двигателяуменьшается (рис.4.28). Математически критерий устойчивости работыдвигателя описывается условием (dM /dn) < 0, либо (dn / dM) < 0.Пусть рабочая точка двигателя соответМсствует nуст и M=MC . При увеличении часn1тоты вращения до значения n1 (под дейстnуствиемслучайногофактора)моментдвигате- ля уменьшается, причем M1 < MC.n2НавалувозникаетотрицательныйМ динами-ческий момент, что вызываетзамедление вращения двигателя до nуст.0М1 Мс М2И наоборот, при уменьшении частотывращения до n2 появляетсярис.
4.28положительный динамический момент(т.к. M2>MC) и частота вращения двигателя возрастает до nуст. Такимобразом, двигатель в определенных пределах обладает способностью ксаморегулировке. При возрастающей механической характеристикедвигатель будет работать неустойчиво, поэтому такие двигатели непроектируют.Отметим, что вид характеристики МС=f(n) определяется свойствамиприводного механизма. Например, у металлорежущих станковnМС ≈ const, а у вентиляторов и насосов МС≡n2.4.5.3. Пуск двигателяВ момент включения двигатель неподвижен (n = 0), следовательнопротиво-ЭДС обмотки якоря Е= 0. Согласно (4.14) величина начальногопускового токаIn =U.RОбычно сопротивление якорной цепи R незначительно, поэтомуначальный пусковой ток может составить In ≈ (10...50)IН. Такое превышение тока недопустимо, так как оно может вызвать «круговой огонь» наколлекторе, а также резкое снижение напряжения питающей сети, еслиее мощность невелика.
Для ограничения пускового тока обычно в цепьякоря включается пусковой реостат. В начальный момент пуска реостатдолжен быть полностью введен. По мере разгона двигателя реостатвыводят, переключая его со ступени на ступень. По окончании пуска егополностью выводят, так как пусковые реостаты обычно рассчитаны накратковременный режим работы. Сопротивление пускового реостата RПРвыбирают из условия:U= (1,4...1,7) I H .R + RПРВо время пуска поток возбуждения должен быть максимален дляобеспечения большего пускового момента (4.12).При питании двигателя от регулируемого источника пуск производятпри пониженном напряжении (например, система генератор двигатель).Двигатели малой мощности (до 0,5...1кВт) допускают прямой пуск отсети без пускового реостата.
Эти двигатели имеют значительное сопротивление обмотки якоря и величина пускового тока составляетIП =(3... 5) IH. Вследствие малой массы двигатели имеют небольшоевремя пуска (не более 1...2с), поэтому такое превышение тока для нихнеопасно.IП =4.5.4. Способы регулирования частоты вращенияЧастоту вращения согласно (4.50) можно регулировать следующимиспособами :а) напряжением U , подводимым к электродвигателю;б) добавочным сопротивлением Rд, включенным в цепь якоря, тогдаn=U − I ( R + Rд );С ЕФ(4.52)в) магнитным потоком Ф с помощью тока возбуждения, вводя реостат вцепь возбуждения.Регулирование частоты вращения изменением напряжения питанияU осуществляется уменьшением напряжения от номинального значения,что приводит к уменьшению частоты вращения (регулировка «вниз»).Этот способ регулирования позволяет сохранить высокое значение КПД,однако при этом требуется специальный регулируемый источникпитания(например, система генератор - двигатель).Регулирование частоты вращения с помощью добавочного сопротивления Rд в цепи якоря также является регулировкой «вниз».
Механические характеристики при наличии Rд называются искусственными. Из-забольших потерь мощности в регулировочном реостате и значительномуменьшении КПД этот способ находит ограниченное применение. Отметим, что при достаточно большой величине сопротивления Rд и изменении направления вращения двигателя под действием внешней силы(например,спускгруза)противнаправлениядействияэлектромагнитного момента двигателя, механическая характеристикапересекает ось абс-цисс, а двигатель переходит в режимэлектромагнитного тормоза, потребляя электрическую энергию из сети имеханическую энергию с вала.Регулирование частоты вращения уменьшением магнитного потокаосуществляется посредством реостата в цепи возбуждения и даетувеличение частоты вращения (регулировка «вверх»).Механические характеристики для этих способов регулированиярассмотрены ниже.Широкое применение находит импульсное регулирование частотывращения, рассмотренное в п.4.6.5.Изменение направления вращения якоря (реверсирование)согласно (4.50) может быть получено изменением полярностинапряжения и тока якоря (переключение полярности обмотки якоря) илиизменением направления магнитного потока (переключение полярностиобмотки возбуждения).
При одновременном переключении обеихобмоток направление вращения двигателя остается неизменным.Изменение полярности напряжения, приложенного к якорю, применяют при необходимости быстрого торможения двигателя (торможениепротивовключением). Для ограничения толчков тока и момента вякорную цепь вводят добавочное сопротивление. Если после остановкидвигатель не отключить, то он начнет вращаться в другую сторону(реверс).Рекуперативное торможение двигателя осуществляют путем отдачиэлектрической энергии в сеть. Для этого необходимо, чтобы ЭДС маши-ны превосходила напряжение сети, этого можно достичь увеличениемтока возбуждения или частоты вращения. Ток якоря и момент изменяютсвое направление, машина переходит в режим генератора.
Двигательпоследовательного возбуждения нельзя непосредственно перевести вгенераторный режим. Процесс рекуперации более просто осуществитьдля двигателя смешанного возбуждения.Для двигателя независимого возбуждения применяют динамическоеторможение, когда якорь отключается от сети и замыкается нанагрузочное сопротивление. Машина переходит в генераторный режим.4.5.5. Характеристики двигателейОсновными характеристиками двигателя являются рабочие и механические характеристики. Рабочие характеристики (ГОСТ 17154-71) - этозависимости частоты вращения п, тока якоря IЯ, полезного момента М2подводимой мощности P1 и КПД η от полезной мощности двигателя Р2.При этом напряжение на двигателе U и ток в параллельной обмоткевозбуждения iВ должны быть равны номинальным значениям, адобавочное сопротивление Rд в цепи якоря должно отсутствовать.Таким образом, рабочие характеристики представляют собойзависимости п, Iя, М2, Р1, η = f (P2) при U =Uн, iВ= iВН , Rд = 0.Механические характеристики (ГОСТ 17154 -71) - это зависимостьп = f (М2) при U = const, /в = const, RД = const.
Механическаяхарактеристи-ка, соответствующая условиям рабочей характеристики (U= UH ,iВ = iвн, Rд = 0), называется естественной.В режиме холостого хода, когда Р2 = 0, двигатель потребляет из сетимощность P10, идущую на покрытие потерь на возбуждение, механических и в стали. Потерями в обмотках якорной цепи в режиме холостогохода можно пренебречь. Перечисленные потери с увеличениемполезной мощности двигателя Р2 будут оставаться практическинеизменным и называются постоянными потерями.
С ростом полезноймощности Р2 потребляемая мощность P1 растет быстрее за счет потерьв обмотках якорной цепи, которые зависят от квадрата тока якоря иназываются пе-ременными потерями. Таким же образом будет менятьсяток якоря Iя. Этим же объясняется и характер кривой КПД. Максимальноезначение КПД соответствует такой нагрузке двигателя, когдапеременные потери будут равны постоянным.
Изменение момента M2определяется форму-лой M 2 =P2ω=P2 60. Так как с увеличением мощности2π nР2 частота вращения незначительно уменьшается, то М2 растетнесколько быстрее, чем Р2.Двигатель параллельного возбуждения. Серийные двигателипараллельного возбуждения снабжаются слабой обмоткой последовательного возбуждения, называемой стабилизирующей (рис.4.13,д).
Числовитков этой обмотки выбирается так, чтобы компенсировать размагничивающее действие поперечной реакции якоря. В таком двигателе приизменении нагрузки магнитный поток остается практически постоянным.Механические характеристики двигателя показаны на рис.4.29. Естественная характеристика обозначена цифрой 1. Частота вращения (4.50,4.51) двигателя c ростом нагрузки уменьшается.
Однако это изменениенезначительно, т.к. величина сопротивления R якорной цепи мала.Отношение ∆n =n0 − nHnHопределяет номинальное изменение частотывращения двигателя при изменении его нагрузки от номинальной до нуля(ГОСТ 183-74). Для двигателя параллельного возбуждения нормальногоисполнения ∆n не превышает 10%.
Такая механическая характеристиканазывается «жесткой».Двигатель независимого возбуждения имеет такие же характеристики.Регулирование частоты вращения двигателя возможно всеми тремяспособами, описанными выше.Рис.4.29Рис.4.30Для двигателей средней и большой мощности широкое применениенаходит система «генератор-двигатель» (Г-Д), позволяющая изменятьнапряжение питания двигателя путем подключения к специальномугене-ратору постоянного тока (рис.4.30). При уменьшении напряжениямеханическая характеристика 2 (рис.4.29) идет ниже естественной.При включении добавочного сопротивления Rд в цепь якоря характеристика 3 согласно (4.52) увеличивает свой наклон.При уменьшении тока возбуждения с помощью реостата в цепи возбуждения частота вращения двигателя возрастает (характеристика 4).Зависимость частоты вращения от тока возбуждения имеет вид гипер-болы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
