Файл: Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие.pdf

п

Рис. 2-13. Механические характе­ ристики электродвигателя посто­ янного тока последовательного возбуждения в двигательном ре­ жиме и в режиме противовклю-

чения

лишь при определенных скоростях. После возбуждения возникает тормозной момент двигателя.

Динамическое торможение при независимом питании обмот­ ки возбуждения применяется относительно редко из-за больших потерь в дополнительном сопротивлении, которое в этом случае рассчитывается на номинальный ток обмотки возбуждения дви­ гателя.

§ 5. Механические характеристики электродвигателя

постоянного тока смешанного возбуждения

Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения, одна из которых включается парал­ лельно цепи якоря, а другая — последовательно с якорем (рис. 2,14). Поэтому этот электродвигатель обладает ценными свойствами двигателя последовательного возбуждения и в тоже время допускает работу при малых нагрузках и вхолостую, так как поток обмотки параллельного возбуждения всегда сущест­ вует и имеет определенное значение, что ограничивает возраста­ ние скорости вращения двигателя при холостом ходе.

Механические характеристики двигателя смешанного возбуж­ дения занимают промежуточное положение между механически­ ми характеристиками двигателей параллельного и последова­

тельного возбуждений.

Для этих двигателей магнитный поток зависит от нагрузки.

41

+V

Рис. 2-14. Схема включения электродвигателя постоян­ ного тока смешанного воз­ буждения

Поэтому при построении механических характеристик так же, как для двигателей последовательного возбуждения, используют­ ся естественные универсальные зависимости момента и скорости от тока якоря, приводимые для каждого типа двигателя в ката­ логе. Имея характеристики п = <р(/,) и М = ц>(/,), нетруд­ но построить.. . естественную механическую характеристику двигателя ru-= q>(М). Естественная механическая характеристика не отличается по виду от естественной скоростной характеристики двигателя.

Наличие магнитного потока, создаваемого обмоткой парал­ лельного возбуждения, определяет скорость идеального холосто­ го хода двигателя, которая определяется в соответствии с выра­ жением:

U •

(2,38)

где Фш — Поток, создаваемый обмоткой параллельного возбуждения.

Для двигателя смешанного возбуждения возможны три спосо­ ба электрического торможения: генераторное с отдачей энергии в сеть; динамическое торможение и торможение противовключением.

42

При генераторном режиме ток якоря двигателя изменяет свое направление на обратнее, поэтому обмотка последовательного возбуждения при генераторном режиме размагничивает магнит­ ную систему двигателя. При этом механическая характеристика двигателя в генераторном режиме оказывается весьма мягкой (рис. 2,15 характеристика 1). Для повышения жесткости характе­ ристики последовательную обмотку возбуждения в генераторном режиме замыкают накоротко. В этом случае характеристика не отличается от характеристики двигателя параллельного возбуж­ дения при работе в. генераторном режиме (характеристика 2

рис. 2,15).

Рис. 2-15. Механические характеристики электро­ двигателя смешанного возбуждения в двигатель­ ном и тормозном (генераторном) режимах работы

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока смешанного возбуждения может осуществляться по двум схемам. По одной схеме магнитный поток двигателя создается только обмоткой параллельного возбуждения. По другой схеме магнит­ ный поток создается обмоткой параллельного и обмоткой после­ довательного возбуждения. Вторая схема является более сложной, поэтому ее применяют лишь в том случае, когда торможение по первой схеме не обеспечивает требуемого времени торможения.

Скоростные и механические характеристики рассматриваемого двигателя по виду не отличаются от ^соответствующих характе­ ристик двигателя параллельного возбуждения.

При электрическом торможении противовключением механичес­ кие характеристики оказываются нелинейными вследствие влия- !,ния изменения магнитного потока, создаваемого обмоткой после­ довательного возбуждения, при изменении нагрузки двигателя.

Рис. 2-16. Схема замещения асинхронного электродвигателя

При построении этой схемы параметры ротора приводятся к чис­ лу витков и напряжению обмоток статора двигателя. В схеме замещения асинхронного двигателя введены следующие обозна­ чения:

U! — фазное напряжение обмотки статора, в; 11 — фазный ток обмотки статора, а;

гi,X i — соответственно активное и индуктивное сопротивления фазы обмотки статора, ом:

Е г — электродвижущая сила фазы обмотки статора, в; г0 и .х0 — соответственно активное и индуктивное сопротивления намагничивающего контура, ом;

1л — фазный ток холостого хода двигателя, а; г\ и х \ — соответственно приведенные активное и индуктивное

сопротивления фазы обмотки ротора, ом; 1\ — приведенный ток ротора, а.

Приведенные и действительные параметры схемы замещения асинхронного двигателя связаны между собой следующими соот­ ношениями:

45

где т1а т 2— соответственно число фаз обмоток статора и ро-

приведенные параметры обмотки ротора,записывается в виде сле­ дующего соотношения:

(2,43)

(ols ’

где а>! — угловая скорость вращающегося поля.

Пусковой момент асинхронного двигателя может быть найден из приведенного выше выражения при подстановке в него значе­ ния скольжения, соответствующего моменту пуска (S = 1);

м рт2122г'2

(2,44)

п<»1

Приведенный ток ротора 12 может быть выражен через пара­ метры схемы замещения с учетом того, что полное сопротивление намагничивающего контура намного больше полного сопротив­ ления обмотки статора двигателя (z0 = ^/rjj + х% » Zj = = \A i + х\у.

Формула для момента асинхронного двигателя, соответствую­ щего заданному скольжению, может быть получена в результате подстановки тока 12 в выражение для момента асинхронного двигателя (2,45):

46

Из последнего выражения следует, что момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату подводимого к его обмотке статора напряжения и зависит от величины скольжения.

При этом максимальному моменту двигателя соответствует максимальное (критическое) скольжение. Указанное скольжение может быть найдено из выражения (2,46). Для этого необходимо в взять первую производную момента по скольжению (пренебре­ гая активным сопротивлением обмотки статора rt вследствие его малости) и приравнять ее к нулю:

Подставляя значение максимального скольжения в формулу для момента (2,46), полагая, что гг = 0, представляется возможным получить выражение для максимального момента асинхронного двигателя:

В результате решения системы уравнений (2,46) и (2,48) полу­ чим выражение для момента асинхронного двигателя, записанное через максимальный момент и максимальное скольжение (фор­ мула Клосса):

Используя приведенное выше выражение, представляется воз­ можным построить естественную механическую характеристику двигателя М = ср(S).

С учетом выражения (2,41) можно перейти к механической характеристике асинхронного двигателя вида п = f{M ).

На рис. 2,17 представлена естественная механическая характе­ ристика асинхронного двигателя, из которого видно, что она имеет две характерные ветви. При этом максимум вращающего момента делит кривую на две части: устойчивый (рабочий) учас­ ток — бв и неустойчивый участок — аб.

Номинальный режим работы электродвигателя соответствует точке, находящейся в рабочей части характеристики. Естественная

47

s

Рис. 2-17. Естественная механическая характе­ ристика асинхронного электродвигателя

механическая характеристика асинхронного двигателя может быть отнесена к жестким, так как при изменении момента нагрузки на его валу в пределах от холостого хода до номинальной нагруз­ ки скорость вращения двигателя меняется незначительно. Пе­ репад скорости в относительных единицах при номинальном мо­ менте определяется его номинальным скольжением, величина которого зависит от активного сопротивления ротора. Наимень­ шим номинальным скольжением обладают двигатели с короткозамкнутым ротором нормального исполнения. Имеются спе­ циальные асинхронные двигатели с повышенным скольжением, номинальное скольжение которых составляет у них примерно

Юч- 15%.

При работе на устойчивой части механической характеристики

впроцессе возрастания момента нагрузки на валу вращающий момент двигателя возрастает, а скорость уменьшается.

При повышении статического сопротивления над максималь­ ным моментом двигателя, двигатель начинает снижать число оборотов и останавливается (опрокидывается). Поэтому макси­ мальный момент двигателя иногда называют опрокидывающим.

Момент, развиваемый двигателем при s = 1, называется пусковым моментом. Для обеспечения нормального пуска двига­ теля пусковой момент двигателя должен быть больше момента нагрузки на валу. Кратность максимального момента асинхрон-

48

ного двигателя, равная отношению пускового момента к номи-

,, Мп

йальному моменту л ,, — для двигателей мощностью 0,4 4-

М н

4- 125 кет ограничена пределами 1,7 4- 2,4. Кратность пускового тока составляет 5,5 4- 7,0. Отсутствие пропорциональности меж­ ду моментом двигателя и током во время пуска объясняется значительным снижением коэффициента мощности при пуске.

Допустимая кратковременная перегрузка асинхронного элек­ тродвигателя зависит от величины его максимального (крити­ ческого) момента. Отношение максимального момента двигателя к номинальному моменту характеризует перегрузочную способ-

мальный момент асинхронного двигателя в соответствии с выра­ жением (2,46) зависит от квадрата напряжения питающей сети. Поэтому перегрузочная способность асинхронного двигателя зна­ чительно уменьшается при снижении подведенного к двигателю напряжения. Так при снижении напряжения на 10% максималь­ ный момент двигателя уменьшится на 19% и составит 0,81 Ми. Это свидетельствует о том, что асинхронные двигатели весьма чувствительны к колебаниям напряжения, что является их недо­ статком.

Асинхронные двигатели специального исполнения — крановометаллургического исполнения имеют значительно большие пере­ грузочные способности, которые находятся в пределах 2,6 4- 3,4.

В соответствии с ГОСТ 183-66 кратность максимального мо­ мента асинхронных двигателей нормального исполнения с кон­ тактными кольцами должна быть не ниже 1,8, а у асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором — не ниже 1,?.

Для крановых двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором кратность максимального момента должна составлять

2,3 4- 3,4.

Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большое значение имеют кратности начального пускового мо­ мента и начального пускового тока.

Из таблицы 2,1 видно, что асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором нормального исполнения имеют весьма большой пусковой ток и сравнительно небольшой пусковой мо­ мент, который в ряде случаев может оказаться меньшим, чем статический момент приводимого им в движение исполнительно­ го механизма, в результате чего двигатель не сможет развернуть­ ся. Для повышения начального пускового момента и снижения пускового тока применяются короткозамкнутые асинхронные

49