Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

якоря и цепи параллельного (и независимого) возбуждения; 3) пе­ риод регулирования, в течение которого осуществляется воздействие на цепь якоря или день возбуждения с целью изменения скорости вращения якоря; 4) период остановки, в течение которого скорость вращения якоря уменьшается до нуля. Очень часто второй и третий периоды чередуются и не разграничиваются. Таким образом, для двигателей необходимо рассматривать характеристики, соответст­ вующие перечисленным периодам, т. е. пусковые, рабочие, регулиро­ вочные и тормозные характеристики.

Пусковой период характеризуется пусковым моментом, пусковым током, продолжительностью пуска, стоимостью пусковой аппаратуры и затратами энергии.

Основными характеристиками механической энергии двигателя являются вращающий момент и скорость вращения.

Рабочие характеристики представляют совокупность зависимо­ стей: скорости вращения якоря, тока двигателя, полезной мощности, подведенной мощности и к. п. д. от полезного вращающего момента при неизменном напряжении на зажимах цепи якоря и цепи парал­ лельного (и независимого) возбуждения. В некоторых случаях ве­ личины, характеризующие работу двигателя в указанных условиях, приводятся в зависимости от полезной мощности или же от тока дви­ гателя. Обычно предельной нагрузкой при построении рабочих ха­ рактеристик является наибольшая допускаемая нагрузка при ра­ боте или при испытании машины (приблизительно 1,5 номинальной) и только для двигателей малой мощности рабочие характеристики охватывают и пусковой период. Из всех перечисленных зависимостей наибольшую важность представляет зависимость скорости вращения якоря от полезного вращающего момента двигателя ^характеристика скорости вращения) или зависимость полезного вращающего момента от скорости вращения (механическая характеристика).

Регулирование скорости вращения якоря двигателя определяется способом изменения скорости вращения, пределами и ступенями изменения скорости вращения, экономичностью регулирования, т. е. стоимостью регулировочной аппаратуры и затратами энергии. Воз­ можность плавного и часто весьма экономичного регулирования ско­ рости вращения в широком диапазоне составляет одно из самых ценных свойств двигателей постоянного тока и в ряде случаев делает их незаменимыми.

Остановка якоря двигателя при отключении от сети обычно про­ исходит под влиянием сил трения в двигателе и в соединенном с ним механизме. Для ускорения остановки в крупных двигателях приме­ няется торможение, т. е. создание тормозного момента, направлен­ ного против вращения якоря.

При опытном получении характеристик необходимо, чтобы щетки занимали определенное положение на коллекторе. В двигателях с добавочными полюсами щетки устанавливаются на коллекторе так, чтобы токораздел совпадал с геометрической нейтралью. В двига­ телях без добавочных полюсов, предназначенных для обоих направле­ ний вращения, токораздел так же должен совпадать с геометрической

124

нейтралью, а в двигателях определенного направления вращения токораздел смещается с геометрической нейтрали против вращения якоря в положение наилучшей коммутации.

8-2. Энергетическая диаграмма двигателя

Ступени преобразования энергии в двигателе схематически пока­

ствуют составляющие электромагнитного момента, т. е.

Потери в двигателе, связанные с вращением якоря (механические и магнитные), обусловлены внутренним тормозным моментом Мго. Так как этот момент почти не зависит от нагрузки, то уравновеши­ вающая его часть М0 электромагнитного момента часто называется моментом холостого хода.

Полезный вращающий момент двигателя равен разности между

Нагрузочный тормозной момент Мт определяется свойствами при­ водимого во вращение механизма и характером производственного

125

процесса. В большинстве механизмов нагрузочный момент всегда направлен против вращения, например в металлорежущих станках. Иногда нагрузочный момент изменяет направление при перемене направления вращения, например в подъемных устройствах: при подъеме груза нагрузочный момент направлен против вращения, а при опускании — по вращению, в последнем случае для ограничения скорости вращения необходимо торможение механизма.

Наиболее распространены механизмы, у которых нагрузочный момент не зависит от скорости вращения. В некоторых случаях нагрузочный момент увеличивается с увеличением скорости враще­

обусловленный наличием момента J инерции вращающихся частей электропривода, главным образом якоря двигателя.

Если скорость вращения якоря уменьшается, то М} положитель­ ный, т. е. направлен по вращению якоря, при ускоренном вращении динамический момент направлен против вращения и таким образом в обоих случаях замедляет процесс изменения скорости вращения якоря.

В любых условиях работы двигателя сумма всех моментов, при­ ложенных к якорю, должна быть равна нулю, т. е.

или

В этом уравнении моменты, направленные по вращению якоря, считаются положительными и моменты, препятствующие движению,— отрицательными.

При установившейся скорости вращения Mj — 0 и

Б. Устойчивость работы двигателя. При работе двигателя про­ исходят закономерные и случайные нарушения равновесия вращаю­ щего момента двигателя и нагрузочного момента механизма, вслед­ ствие которых скорость вращения якоря изменяется. В зависимости от взаимного расположения механических характеристик двигателя и механизма это нарушение равновесия моментов может ограни­ читься малым изменением скорости вращения якоря или же сделать невозможной нормальную работу электропривода.

Обычно двигатели имеют понижающуюся механическую харак­ теристику (линия 1 на рис. 8-4, а). Для механической характери­ стики механизма, изображенной линией 2, равновесие между вращаю­ щим моментом М%и нагрузочным (— Мт) наступает в точке А при скорости вращения ид, Если под влиянием случайных причин вра­

126

щающий момент двигателя уменьшится, т. е. его механическая ха­ рактеристика 1' расположится ниже линии 1, то момент (—Мт) ока­ жется больше момента М2 и скорость вращения якоря понизится до значения п’а , соответствующего новому состоянию равновесия в точке Аг. То же произойдет и при увеличении нагрузочного момента (линия 2', точка пересечения А2). При увеличении вращающего момента двигателя или при уменьшении нагрузочного момента меха­ низма равновесие наступает при повышенной скорости вращения якоря. Если будут восстановлены значения вращающего момента М2 и нагрузочного (—Мт), существовавшие до нарушения режима ра­ боты, то скорость вращения якоря также станет равной па-

На рис. 8-4, б линией 3 показана возрастающая механическая характеристика двигателя и линией 4—механическая характеристика

Рис. 8-4. Расположение механических характеристик: а — при устой­ чивой работе, б — при неустойчивой работе

механизма. Равенство моментов (М2 = —Мт) возможно в точке В при скорости вращения пв. При уменьшении М2 (линия 3’) скорость вращения якоря должна уменьшиться и это уменьшение будет про­ исходить до полной остановки якоря, так как при меньшей скорости вращения (левее точки В) характеристики не пересекаются. При увеличении М2 (линия 3") будет происходить увеличение скорости вращения якоря до разрушения его, если двигатель не будет свое­ временно отключен от сети.

Сочетание механических характеристик двигателя и механизма должно обеспечивать устойчивую работу электропривода, при кото­ рой небольшим нарушениям равенства вращающего и нагрузочного моментов соответствуют небольшие и устойчивые изменения ско­ рости вращения якоря. Для выполнения этого условия необходимо,

127