Механические характеристики электродвигателей в процессе работы, пуска и торможения

Июль 29, 2022

Главная
Физика
Механические характеристики электродвигателей в процессе работы, пуска и торможения

Содержание

2. Механические характеристики электродвигателей в процессе работы, пуска и торможения. 1. Характеристики ДПТ 2. Способы пуска и
4. Якорь двигателя М и его обмотка возбуждения ОВ обычно получают питание от разных, независимых друг от
5. При установившемся режиме работы двигателя приложенное напряжение U, В, уравновешивается падением напряжения в якорной цепи IR
6. Е = kФω, (3.2) где k - коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя, k = pN/2πa
8. Это легко сделать, если учесть, что момент, Н·м, развиваемый двигателем, связан с током якоря и магнитным
9. Коэффициент с принимается постоянным, не зависящим от нагрузки, если у двигателя с независимым возбуждением имеется компенсационная
10. На рис. 3.2 представлены механические характеристики двигателя независимого возбуждения для различных сопротивлений якорной цепи. Как видно
11. При скорости идеального холостого хода ЭДС якоря, направленная навстречу приложенному напряжению, равна ему по абсолютному значению.
13. Второй член (3.6) характеризует собой статическое падение угловой скорости (перепад) относительно угловой скорости идеального холостого хода:
14. Верхняя характеристика из семейства, приведенного на рис. 3.2, носит название естественной. Естественной характеристикой называется такая характеристика
15. Соответственно перепад скорости для естественной характеристики ∆ω =MRЯ/k2Ф2ном. По (3.9) определяется статическое падение скорости для любой
16. Если в якорную цепь двигателя включен дополнительный резистор (реостат), то механические характеристики, получаемые при этом, называются
18. В отличие от двигателя независимого возбуждения здесь магнитный поток Ф является функцией тока якоря I. Эта
21. Значительное увеличение угловой скорости при малых нагрузках обусловливается соответствующим уменьшением магнитного потока. Уравнение (3.13) дает лишь
23. Механические характеристики двигателя постоянного тока смешанного возбуждения Двигатель смешанного возбуждения (рис. 3.7) имеет две обмотки возбуждения:
24. Механическая характеристика рассматриваемого двигателя вследствие изменения магнитного потока при изменении нагрузки не имеет аналитического выражения, поэтому
26. В отличие от двигателя последовательного возбуждения двигатель смешанного возбуждения имеет конечное значение скорости идеально холостого хода.
27. Соотношения МДС независимой и последовательной обмоток различны для двигателей разных серий. Наиболее употребительным является соотношение, которое
30. Кроме противоЭДС, в обмотке якоря имеется ЭДС Еа, образуемая на активном сопротивлении цепи якоря RЯ при
31. Из векторной диаграммы (рис. 3.9, б) видно, что приложенное к двигателю напряжение уравновешивается противоЭДС ЕЯ и
34. Двигатель параллельного возбуждения У двигателя параллельного возбуждения, который часто называют шунтовым, обмотку возбуждения включают параллельно якорю.
35. Большая часть тока проходит по металлической рукоятке реостата на пусковое сопротивление Rп и в обмотку якоря.
37. Так как вращающий момент двигателя М=СМIЯФ, то для того, чтобы пусковой момент при пуске был наибольшим,
40. При постоянной же нагрузке противоЭДС двигателя EДВ должна оставаться постоянной по величине. Если же увеличить магнитный
42. Если изменить направление тока в обмотке возбуждения, то изменится полярность полюсов, а направление тока в якоре
44. Свойства двигателя определяют его рабочие характеристики. Рабочими характеристиками называют зависимость скорости вращения n, величины тока I,
45. Ток двигателя с увеличением нагрузки возрастает, вращающий момент М также увеличивается почти прямо пропорционально нагрузке. Так
46. Двигатель последовательного возбуждения У двигателей последовательного возбуждения, которые часто называются сериесными, обмотки якоря и возбуждения соединены
49. Она отличается от формулы (3.17) оборотов двигателя параллельного возбуждения тем, что в ней учитывается также падение
50. Как видно из формулы оборотов (3.18), скорость двигателя можно регулировать изменением подводимого напряжения, для этого вместо
52. Двигатель смешанного возбуждения Двигатели смешанного возбуждения, которые часто называют компаундными, имеют две обмотки возбуждения, и поэтому
54. Знак плюс в формуле соответствует согласному включению обмоток, когда магнитные потоки обмоток складываются. Так в подавляющем
55. Знак минус соответствует встречному включению обмотки, когда магнитные потоки обмоток вычитаются. В двигателях нормального исполнения встречное
56. Встречное включение обмоток применяют в том случае, когда хотят получить постоянное число оборотов двигателя при изменении
58. Скоростная характеристика имеет промежуточное значение между соответствующими кривыми двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Скорость двигателей смешанного
59. 3.3 Характеристики трехфазных АД Для вывода уравнения механической характеристики асинхронного двигателя можно воспользоваться упрощенной схемой замещения,
70. Эта линейная часть характеристики является ее рабочей частью, на которой двигатель обычно работает в установившемся режиме.
73. Более точным является метод, когда спрямление характеристик производится на меньшем участке. Кратность максимального момента λ=MK,Д/MH0М, должна
74. На рис. 3.21 представлены примерные естественные характеристики двигателя с нормальным короткозамкнутым ротором, имеющим круглые пазы. Эти
77. При увеличении скольжения растет ЭДС ротора Е2=I2ks, возрастает ток ротора I'2 в соответствии с (3.20), асимптотически
79. Необходимо отметить, что у двигателей с короткозамкнутым ротором пусковой момент практически не всегда является наименьшим значением
80. У двигателей с фазным ротором начальный пусковой момент увеличивается по мере возрастания до известных пределов сопротивления
82. Такая замена возможна, так как эти два поля Ф1 и Ф2, вращающиеся в разные стороны, создают
84. Если же посторонней силой раскрутить ротор двигателя, то он будет вращаться и может быть нагружен. При
85. Скорость прямого поля Ф1 относительно ротора равна разности скоростей ноля и ротора n1 – n2= n1
86. Рисунок 3.24 Кривые вращающих моментов однофазного двигателя в зависимости от скольжения.
87. Ток, индуктируемый прямым полем, взаимодействуя с ним, создает большой вращающий момент, так как активная составляющая этого
88. Поскольку обратный момент носит тормозной характер по отношению к прямому, то это приводит к ухудшению характеристик
89. Отмеченные выше недостатки трехфазного АД в однофазном режиме в известной мере преодолеваются путем создания в его
90. Условием получения кругового вращающегося поля при двух статорных обмотках должно быть равенство по величине их магнитодвижущих
91. Схемы пуска АД в однофазном режиме с пульсирующим полем
93. Включение резистора приводит к сдвигу вектора тока пусковой обмотки по отношению к вектору тока рабочей обмотки
94. 3) перекомпенсировать реактивную мощность, т. е. двигатель с таким конденсатором не только покрывает свои потребности в
95. Приведем сводную таблицу схем соединения фазных обмоток конденсаторного АД, включения рабочего и пускового конденсаторов и приближенных
96. Таблица 3.1 Схемы соединения и расчетные формулы конденсаторного АД
98. Особенности работы и эффективное использование конденсаторного АД Зависимость величины емкости рабочего конденсатора от нагрузки на валу
99. Например, для Р=0,2РН отношение СР/СРН — 0,75. Это означает, что при такой длительной нагрузке величина рабочей
101. Однофазные двигатели Двигатели, которые называют однофазными, имеют на статоре, как правило, две обмотки. Одна из них
103. Как видно из этих рисунков, результирующий магнитный поток Фрез перемещается справа налево, т. е. в электродвигателе
109. При пульсации нагрузки на валу двигателя в установившемся режиме значение мгновенной скорости колеблется около среднего значения.
110. Если пренебречь потерями в активном сопротивлении статора, считая R1= 0 (рис. 3.40), то подводимая к синхронному
115. Номинальному моменту двигателя Мном практически соответствует угол θном = 30…25°. При этом кратность максимального момента к
116. СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ КАК КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Возможность работы СД в качестве источника (компенсатора) реактивной мощности иллюстрируют
118. На рис. 3.43 показаны зависимости I1(Iв) - кривые 1,2 и cosφ (Iв)-кривые 3,4 при номинальной нагрузке
120. 3) Пуск с ограничением тока через пусковые резисторы, включенные в цепь статора. 4) Пуск с повышением
121. Рисунок 3.45 Реверс двигателя осуществляется изменением чередования фаз. При реверсе двигателя в приводе возникают удары от
123. 1) Торможение с отдачей энергии в сеть (генераторный режим работы параллельно с сетью) осуществляется в том
124. 2) Динамическое торможение происходит при отключении якоря двигателя от сети и замыкании его на резистор (рис.
126. Ток якоря определяется но формуле I = -E/R, (3.40) где R — сопротивление якорной цепи. Тормозной
127. 3) Торможение противовключением (генераторный режим работы последовательно с сетью) осуществляется в том случае, когда обмотки двигателя
129. При этом ток в якоре, как обычно в двигательном режиме, определяется по формуле I = (U-E)/R.
130. Когда момент сопротивления при дальнейшем увеличении груза превысит момент двигателя в неподвижном состоянии, последний начнет вращаться
131. Механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в тормозных режимах Для двигателя последовательного возбуждения возможны два
132. Механические характеристики для этого торможения являются продолжением характеристик двигательного режима в область отрицательной угловой скорости. Это
134. Динамическое торможение двигателя последовательного возбуждения может быть осуществлено двумя способами; с самовозбуждением и с независимым возбуждением.
136. Механические характеристики асинхронного двигателя в тормозных режимах. Торможение с отдачей энергии в сеть Механические характеристики асинхронного
138. Торможение противовключением Торможение противовключением имеет значительно большее применение на практике. Режим торможения противовключением может быть получен,
139. Торможение противовключением может быть получено также путем переключения на ходу двух фаз обмотки статора, что ведет
142. Скачать презентацию

Слайд 2

Механические характеристики электродвигателей в процессе работы, пуска и торможения.
1. Характеристики

ДПТ
2. Способы пуска и реверса ДПТ
3. Характеристики трехфазных АД
4. Трехфазный АД в 1 фазном режиме
5. Характеристики АД в 1 фазном режиме
6. Механическая и угловая характеристика синхронного двигателя
7. Способы пуска и реверса АД и синхронных двигателей
8. Тормозные режимы ДПТ и трехфазных асинхронных двигателей

Слайд 3

Слайд 4

Якорь двигателя М и его обмотка возбуждения ОВ обычно получают

питание от разных, независимых друг от друга источников (преобразователей) напряжения U и UВ’ что позволяет отдельно регулировать напряжение на якоре двигателя и на обмотке возбуждения и выполнять их на разное номинальное напряжение.
Аналитическое выражение механической характеристики двигателя может быть получено из уравнения равновесия напряжений, составленного для якорной цепи схемы (рис. 3.1).

Слайд 5

При установившемся режиме работы двигателя приложенное напряжение U, В, уравновешивается

падением напряжения в якорной цепи IR и наведенной в якоре ЭДС вращения Е, В, т. е.
U = IR + E; (3.1)
здесь I - ток в якорной цепи двигателя, A; R - суммарное сопротивление якорной цепи, Ом, включающее внешнее сопротивление резистора Rр и внутреннее сопротивление якоря двигателя Rя (при наличии дополнительных полюсов учитывается и их сопротивление);

Слайд 6

Е = kФω, (3.2)
где k - коэффициент, зависящий от конструктивных

данных двигателя, k = pN/2πa (р - число пар полюсов двигателя; N - число активных проводников обмотки якоря; а - число пар параллельных ветвей обмотки якоря); Ф и ω — соответственно магнитный поток, Вб, и угловая скорость двигателя, рад/с.
Если в (3.1) вместо Е подставим ее значение Е из (3.2), то получим уравнение для скорости двигателя
ω = (U - IR)/kФ. (3.3)

Слайд 7

Слайд 8

Это легко сделать, если учесть, что момент, Н·м, развиваемый двигателем,

связан с током якоря и магнитным потоком простой зависимостью, а именно:
М = kФI, (3.4)
Подставив в (3.3) значение тока I, найденное из (3.4), получим выражение для механической характеристики:
ω =U/kФ - MR/k2Ф2, (3.5)
или
ω =U/c-MR/c2, (3.6)
где
с = kФ. (3.7)

Слайд 9

Коэффициент с принимается постоянным, не зависящим от нагрузки, если у

двигателя с независимым возбуждением имеется компенсационная обмотка. Он может считаться неизменным, если для обычных двигателей пренебречь реакцией якоря.
Механическая характеристика двигателя при неизменных параметрах U, Ф и R представляется прямой линией.
Изменяя тот или иной параметр механической характеристики, можно при определенном моменте сопротивления на валу двигателя получать различные скорости двигателя, т. е. регулировать скорость электропривода.

Слайд 10

На рис. 3.2 представлены механические характеристики двигателя независимого возбуждения для

различных сопротивлений якорной цепи. Как видно из (3.5), при М = 0 все характеристики проходят через одну точку, лежащую на оси ординат. Угловая скорость в этой точке имеет вполне определенное значение, не зависящее от сопротивления якорной цепи. Эта скорость носит название скорости идеального холостого хода ω0 и определяется выражением
ω0 =U/kФ. (3.8)

Слайд 11

При скорости идеального холостого хода ЭДС якоря, направленная навстречу приложенному

напряжению, равна ему по абсолютному значению. Если двигатель до приложения нагрузки работал с угловой скоростью ω0, то при появлении на его валу момента сопротивления угловая скорость будет снижаться. Угловая скорость будет снижаться до тех пор, пока момент двигателя не сравняется с моментом сопротивления. Разность значений установившихся скоростей электропривода до и после приложения заданной статической нагрузки называется статическим падением (перепадом) скорости электропривода.

Слайд 12

Слайд 13

Второй член (3.6) характеризует собой статическое падение угловой скорости (перепад)

относительно угловой скорости идеального холостого хода:
∆ω =MR/k2Ф2. (3.9)
Таким образом, уравнение для скорости двигателя может быть записано так:
ω = ω0 — ∆ω. (3.10)

Слайд 14

Верхняя характеристика из семейства, приведенного на рис. 3.2, носит название

естественной. Естественной характеристикой называется такая характеристика двигателя, которая получается при отсутствии внешних резисторов в якорной цепи и номинальных значениях напряжения и магнитного потока двигателя. Жесткость естественной характеристики зависит от внутреннего сопротивления якорной цепи двигателя.
Внутреннее сопротивление якорной цепи включает собственное сопротивление якорной обмотки, сопротивление обмотки дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и щеток.

Слайд 15

Соответственно перепад скорости для естественной характеристики
∆ω =MRЯ/k2Ф2ном.
По (3.9)

определяется статическое падение скорости для любой из характеристик двигателя независимого возбуждения, представленных на рис. 3.2. Например, при дополнительно включенном реостате, имеющем сопротивление RР, статическое падение скорости определится из соотношения
∆ω =M(RЯ+ RР)/k2Ф2. (3.11)
Разделив (3.10) на ω0, получим статическое падение скорости в относительных единицах:
∆ω ое = ∆ω/ω0 = (ω0 — ω)/ω0.

Слайд 16

Если в якорную цепь двигателя включен дополнительный резистор (реостат), то

механические характеристики, получаемые при этом, называются искусственными или реостатными. Эти характеристики пересекаются все в одной точке ω0. Реостатные характеристики так же линейны, как и естественная характеристика, но имеют значительно больший наклон к оси моментов, т. е. обладают меньшей жесткостью. Чем больше введенное в цепь якоря сопротивление резистора, тем круче идет характеристика, тем меньше ее жесткость.

Слайд 17

Слайд 18

В отличие от двигателя независимого возбуждения здесь магнитный поток Ф

является функцией тока якоря I. Эта зависимость, приведенная на рис. 3.4, носит название кривой намагничивания.
Если для упрощения анализа предположить, пренебрегая насыщением магнитной системы, линейную зависимость между потоком и током якоря, как это показано пунктиром на рис. 3.4, т. е. считать Ф = αI, то момент двигателя
М = kФI = αkI2. (3.12)

Слайд 19

Слайд 20

Слайд 21

Значительное увеличение угловой скорости при малых нагрузках обусловливается соответствующим уменьшением

магнитного потока.
Уравнение (3.13) дает лишь общее представление о механической характеристике двигателя последовательного возбуждения. Вследствие того, что действительные механические характеристики сильно отличаются от кривой, выраженной уравнением (3.13), построение характеристик приходится вести графоаналитическими способами. Обычно построение искусственных характеристик производится на основании данных каталогов, где приводятся естественные характеристики: п = ƒ(I) и М=ψ(І).

Слайд 22

Слайд 23

Механические характеристики двигателя постоянного тока смешанного возбуждения
Двигатель смешанного возбуждения

(рис. 3.7) имеет две обмотки возбуждения: независимую ОВ2 и последовательную ОВ1, поэтому его механические характеристики занимают промежуточное положение между соответствующими характеристиками двигателей независимого и последовательного возбуждения.

Слайд 24

Механическая характеристика рассматриваемого двигателя вследствие изменения магнитного потока при изменении

нагрузки не имеет аналитического выражения, поэтому при расчетах обычно пользуются естественными универсальными характеристиками момента и скорости от тока якоря, которые даются в каталогах. Такие характеристики в относительных единицах представлены на рис. 3.8.

Слайд 25

Слайд 26

В отличие от двигателя последовательного возбуждения двигатель смешанного возбуждения имеет

конечное значение скорости идеально холостого хода. Эта скорость определяется только магнитным потоком, созданным МДС независимой обмотки, и равна:
ω0 =U/kФ0,
где Ф0 — магнитный поток, созданный током возбуждения независимой обмотки.

Слайд 27

Соотношения МДС независимой и последовательной обмоток различны для двигателей разных

серий. Наиболее употребительным является соотношение, которое при номинальном токе дает равенство МДС обеих обмоток возбуждения. Скорость двигателя смешанного возбуждения при малых нагрузках изменяется значительно, а затем при увеличении нагрузки медленно уменьшается почти по прямой, как у двигателя независимого возбуждения. Происходит это вследствие того, что при больших нагрузках наступает насыщение машины, и хотя МДС последовательной обмотки возрастает, магнитный поток уже почти не изменяется.

Слайд 28

Слайд 29

Слайд 30

Кроме противоЭДС, в обмотке якоря имеется ЭДС Еа, образуемая на

активном сопротивлении цепи якоря RЯ при протекании по нему тока IЯ. Численно Еа равна падению напряжения на сопротивлении обмотки якоря IЯRЯ.
Тогда
U= EДВ+ IЯRЯ (3.14)
где RЯ - активное сопротивление всей цепи якоря, включающее сопротивления обмотки, щеток, переходного контакта между щеткой и коллектором, дополнительных полюсов, а также токопроводящих проводов.

Слайд 31

Из векторной диаграммы (рис. 3.9, б) видно, что приложенное к

двигателю напряжение уравновешивается противоЭДС ЕЯ и ЭДС активного сопротивления Еа, причем противоЭДС EДВ=ЕЯ+Еа направлена против тока двигателя.
Из формулы (3.14) можно определить величину тока в якоре при работе электродвигателя
(3.15)
Сопротивление цепи якоря очень мало, порядка десятых долей Ома.

Слайд 32

Слайд 33

Слайд 34

Двигатель параллельного возбуждения
У двигателя параллельного возбуждения, который часто называют

шунтовым, обмотку возбуждения включают параллельно якорю. Для пуска двигателя в ход применяют трехзажимной пусковой реостат (рис.3.11). Напряжение сети подключают к двигателю рубильником. Один провод идет прямо к двигателю, а второй на зажим пускового реостата Л (линия). Ток по металлической планке реостата проходит на металлическую дугообразную планку и через шунтовой реостат Rш на параллельную обмотку возбуждения. Это одна цепь тока.

Слайд 35

Большая часть тока проходит по металлической рукоятке реостата на пусковое

сопротивление Rп и в обмотку якоря. В начале пуска включены все элементы пускового сопротивления. По мере разгона двигателя рукоятку реостата поворачивают вниз, при этом пусковое сопротивление реостата уменьшают. При работе двигателя сопротивление Rn выведено. Зажимы реостата имеют следующие обозначения:
Л — линия,
Я — якорь и Ш — шунт.

Слайд 36

Слайд 37

Так как вращающий момент двигателя М=СМIЯФ, то для того, чтобы

пусковой момент при пуске был наибольшим, нужно обеспечить получение максимального магнитного потока полюсов Ф. Поэтому пусковой реостат оборудован металлической дугообразной планкой, соединенной с обмоткой возбуждения. Благодаря этой планке, к обмотке возбуждения при пуске подводят полное напряжение сети, что обеспечивает достаточный для пуска ток возбуждения. Кроме того, при выведении рукоятки реостата на холостой контакт ХК цепь возбуждения окажется замкнута на реостат и якорь, вследствие чего в обмотке не может индуктироваться большая ЭДС самоиндукции.

Слайд 38

Слайд 39

Слайд 40

При постоянной же нагрузке противоЭДС двигателя EДВ должна оставаться постоянной

по величине. Если же увеличить магнитный поток Ф, то, как видно из формулы Е=СЕnФ, для сохранения постоянной величины противоЭДС Е число оборотов двигателя п должно уменьшиться и, наоборот, с уменьшением Ф п должно увеличиться.
Чтобы изменить направление вращения якоря двигателя, необходимо изменить направление тока или только в якоре, или только в обмотке возбуждения (рис. 3.12).

Слайд 41

Слайд 42

Если изменить направление тока в обмотке возбуждения, то изменится полярность

полюсов, а направление тока в якоре останется прежним. Применив правило левой руки, можно убедиться, что направление вращения якоря двигателя изменится. То же будет при изменении направления тока в якоре. Если поменять полярность проводов на зажимах двигателя, то направление вращения якоря останется прежним.
Скорость в двигателях параллельного возбуждения регулируют изменением магнитного потока, для чего в цепь обмотки возбуждения включают регулировочный реостат Rш (рис.3.11).

Слайд 43

Слайд 44

Свойства двигателя определяют его рабочие характеристики.
Рабочими характеристиками называют зависимость

скорости вращения n, величины тока I, вращающего момента М и коэффициента полезного действия η от мощности на валу двигателя Р2 при постоянных напряжении (U=const) и токе возбуждения (iB= const) (рис. 3.13).
Обороты двигателя п с увеличением нагрузки изменяются незначительно. Уменьшение оборотов происходит вследствие увеличения падения напряжения в обмотке якоря IЯRЯ.

Слайд 45

Ток двигателя с увеличением нагрузки возрастает, вращающий момент М также

увеличивается почти прямо пропорционально нагрузке. Так как обороты двигателя п при увеличении нагрузки несколько снижаются, то кривая момента М слегка загибается вверх. Так как Р=Мω, то с уменьшением ω момент М должен увеличиваться. Коэффициент полезного действия η с увеличением нагрузки возрастает и достигает своего максимального значения примерно при 1/2 номинальной мощности, затем остается почти постоянным, но при перегрузке двигателя уменьшается.

Слайд 46

Двигатель последовательного возбуждения
У двигателей последовательного возбуждения, которые часто называются

сериесными, обмотки якоря и возбуждения соединены последовательно (рис. 3.14, а).
При малом насыщении стали магнитопровода двигателя магнитный поток полюсов пропорционален току якоря
Ф ≡IЯ.
Но так как вращающий момент двигателя М=СМФIЯ, то можно считать, что вращающий момент двигателя последовательного возбуждения пропорционален квадрату тока якоря
М ≡I2Я.

Слайд 47

Слайд 48

Слайд 49

Она отличается от формулы (3.17) оборотов двигателя параллельного возбуждения тем,

что в ней учитывается также падение напряжения на обмотке последовательного возбуждения IЯRС.
Так как при увеличении нагрузки магнитный поток Ф сильно возрастает, то обороты двигателя с увеличением нагрузки резко снижаются.
Скорость двигателя последовательного возбуждения регулируют несколькими способами.

Слайд 50

Как видно из формулы оборотов (3.18), скорость двигателя можно регулировать

изменением подводимого напряжения, для этого вместо пускового реостата ставят регулировочный, так как пусковой реостат рассчитан на кратковременное прохождение по нему тока (рис. 3.15, а).
Более экономичным способом регулирования скорости является изменение магнитного потока Ф. Для этого регулировочным реостатом шунтируют обмотку возбуждения (рис. 3.15, б) или обмотку якоря (рис. 3.15, в).

Слайд 51

Слайд 52

Двигатель смешанного возбуждения
Двигатели смешанного возбуждения, которые часто называют компаундными,

имеют две обмотки возбуждения, и поэтому им присущи свойства двигателей с параллельным и с последовательным возбуждением, т. е. они обладают и постоянством оборотов и большим вращающим моментом (рис. 3.16).
Благодаря наличию обмотки параллельного возбуждения двигатель со смешанным возбуждением не может пойти в «разнос».

Слайд 53

Слайд 54

Знак плюс в формуле соответствует согласному включению обмоток, когда магнитные

потоки обмоток складываются.
Так в подавляющем большинстве двигателей включены обмотки возбуждения. В этом случае с увеличением нагрузки общий магнитный поток возрастает, так как растет поток ФС, а обороты двигателя уменьшаются.

Слайд 55

Знак минус соответствует встречному включению обмотки, когда магнитные потоки обмоток

вычитаются.
В двигателях нормального исполнения встречное включение обмоток приводит к значительному уменьшению вращающего момента вследствие снижения общего магнитного потока, а при небольшой нагрузке — к резкому увеличению скорости двигателя, т. е. к неустойчивой его работе.

Слайд 56

Встречное включение обмоток применяют в том случае, когда хотят получить

постоянное число оборотов двигателя при изменении нагрузки. Для этого на сердечники полюсов наматывают небольшое число витков обмотки последовательного возбуждения с таким расчетом, чтобы с увеличением нагрузки и уменьшением общего магнитного потока обороты двигателя оставались постоянными.
Из рабочих характеристик рассмотрим только зависимость оборотов двигателя от нагрузки (рис. 3.16, б), она называется скоростной характеристикой.

Слайд 57

Слайд 58

Скоростная характеристика имеет промежуточное значение между соответствующими кривыми двигателей параллельного

и последовательного возбуждения.
Скорость двигателей смешанного возбуждения регулируют регулировочным реостатом rрег в цепи обмотки параллельного возбуждения.
Двигатели смешанного возбуждения применяют в качестве тяговых и крановых двигателей.

Слайд 59

3.3 Характеристики трехфазных АД
Для вывода уравнения механической характеристики асинхронного

двигателя можно воспользоваться упрощенной схемой замещения, приведенной на рис. 3.17, где:
Uф - первичное фазное напряжение; I1 - фазный ток статора; I`2 - приведенный ток ротора; Х1 и Х'2 - первичное и вторичное приведенные реактивные сопротивления рассеяния; R0 и Х0 — активное и реактивное сопротивления контура намагничивания; s=(ω0-ω)/ω0 - скольжение двигателя; ω0=2πn0/60 - синхронная угловая скорость двигателя;

Слайд 60

Слайд 61

Слайд 62

Слайд 63

Слайд 64

Слайд 65

Слайд 66

Слайд 67

Слайд 68

Слайд 69

Слайд 70

Эта линейная часть характеристики является ее рабочей частью, на которой

двигатель обычно работает в установившемся режиме. На этой же части характеристики находятся точки, соответствующие номинальным данным двигателя:
МHOM, IHOM, nHOM, sHOM.
Статическое падение (перепад) скорости в относительных единицах на естественной механической характеристике асинхронного двигателя при номинальном моменте определяется его номинальным скольжением.
Номинальное скольжение зависит от сопротивления ротора. Наименьшим номинальным скольжением при одинаковой мощности и числе полюсов обладают обычно двигатели с короткозамкнутым ротором нормального исполнения.

Слайд 71

Слайд 72

Слайд 73

Более точным является метод, когда спрямление характеристик производится на меньшем

участке. Кратность максимального момента λ=MK,Д/MH0М, должна быть у двигателей нормального исполнения с фазным ротором не ниже 1,8, а у двигателей с короткозамкнутым ротором не ниже 1,7. Крановые двигатели отличаются более высокой кратностью максимального момента.
Для двигателей с короткозамкнутым ротором существенное значение с точки зрения электропривода имеют кратности начального пускового момента и начального пускового тока.

Слайд 74

На рис. 3.21 представлены примерные естественные характеристики двигателя с нормальным

короткозамкнутым ротором, имеющим круглые пазы. Эти характеристики показывают, что двигатель с короткозамкнутым ротором, потребляя из сети весьма большой ток, имеет сравнительно низкий начальный пусковой момент. Кратность начального пускового момента двигателей
kП=MП/MH0М = l÷l,8,
а для крановых двигателей
kП ≥1,7.
Кратность пускового тока
KI=IП/IH0М = 5÷7.

Слайд 75

Слайд 76

Слайд 77

При увеличении скольжения растет ЭДС ротора Е2=I2ks, возрастает ток ротора

I'2 в соответствии с (3.20), асимптотически стремясь к некоторому предельному значению, a cosψ2 с ростом s уменьшается (на рабочем участке характеристики очень мало), асимптотически стремясь к нулю при
s →∞. Поток двигателя также не остается неизменным, уменьшаясь при возрастании тока из-за падения напряжения на сопротивлениях обмотки статора. Все это и обусловливает отсутствие пропорциональности между током и моментом двигателя.

Слайд 78

Слайд 79

Необходимо отметить, что у двигателей с короткозамкнутым ротором пусковой момент

практически не всегда является наименьшим значением момента в области двигательного режима. Как видно из рис. 3.22, механическая характеристика двигателя с короткозамкнутым ротором иногда при малых угловых скоростях имеет провал, вызванный влиянием высших гармоник зубцовых полей. Это обстоятельство следует учитывать при пуске двигателя под нагрузкой.

Слайд 80

У двигателей с фазным ротором начальный пусковой момент увеличивается по

мере возрастания до известных пределов сопротивления резистора (рис. 3.20), а пусковой ток при увеличении сопротивления уменьшается. Начальный пусковой момент может быть доведен до максимального момента. С дальнейшим ростом сопротивления роторной цепи увеличение cosψ2 уже не компенсирует уменьшения тока ротора и пусковой момент уменьшается.

Слайд 81

Слайд 82

Такая замена возможна, так как эти два поля Ф1 и

Ф2, вращающиеся в разные стороны, создают эквивалентное пульсирующее поле Ф (рис. 3.23).
Вращающиеся поля будут индуктировать в неподвижной обмотке ротора одинаковые по величине, но противоположные по знаку ЭДС и токи, в результате чего к ротору будет приложено два одинаковых по величине, но противоположных по знаку вращающих момента. Поэтому начальный вращающий момент будет отсутствовать, и двигатель не сможет развернуться.

Слайд 83

Слайд 84

Если же посторонней силой раскрутить ротор двигателя, то он будет

вращаться и может быть нагружен.
При обрыве фазы на ходу у трехфазного асинхронного двигателя он будет продолжать вращаться и развивать около 1/2 —2/3 своей номинальной мощности. Пустить же такой двигатель в ход можно лишь в том случае, если раскрутить его посторонним усилием.
Поле, вращающееся в ту же сторону, что и ротор, называют прямым полем, а в сторону, противоположную вращению ротора, — обратным.

Слайд 85

Скорость прямого поля Ф1 относительно ротора равна разности скоростей ноля

и ротора
n1 – n2= n1 – n1(1-s) = n1s. (3.29)
Прямое поле индуктирует в роторе ток частотой f2=sf1, т. е. примерно 2-5 Гц.
Скорость обратного поля Ф2 относительно ротора равна сумме скоростей поля и ротора
n1 + n2= n1 + n1(1-s) = n1(2-s). (3.30)
Обратное поле индуктирует в роторе токи частотой f2=f1(2 - s), т.е. примерно 95-98 Гц.

Слайд 86

Рисунок 3.24 Кривые вращающих моментов однофазного двигателя в зависимости от

скольжения.

Слайд 87

Ток, индуктируемый прямым полем, взаимодействуя с ним, создает большой вращающий

момент, так как активная составляющая этого тока вследствие малой частоты будет значительной.
Ток, индуктируемый обратным полем, при взаимодействии с ним создаст небольшой вращающий момент, вследствие того, что частота этого тока большая, а активная составляющая тока незначительная.
Отсутствие пускового момента является существенным недостатком АД в однофазном режиме, из нее вытекает проблема непосредственного пуска АД в однофазном режиме, решение которой и рассматривается ниже.

Слайд 88

Поскольку обратный момент носит тормозной характер по отношению к прямому,

то это приводит к ухудшению характеристик двигателя: его скольжение возрастает, т. е. скорость вращения АД в этом режиме при одинаковой нагрузке на валу меньше, чем скорость такого же АД в трехфазном режиме. АД в однофазном режиме имеет меньшие КПД и коэффициент мощности по сравнению с таким же АД в трехфазном режиме. Уменьшение КПД связано с возрастанием потерь, обусловленных появлением обратного поля.

Слайд 89

Отмеченные выше недостатки трехфазного АД в однофазном режиме в известной

мере преодолеваются путем создания в его воздушном зазоре эллиптического или кругового вращающегося магнитного поля при помощи пассивных элементов: резистора, катушки индуктивности, либо конденсатора.

Слайд 90

Условием получения кругового вращающегося поля при двух статорных обмотках должно

быть равенство по величине их магнитодвижущих сил (МДС), сдвинутых в пространстве и во времени на 90 электрических градусов.
Как уже отмечалось, для получения кругового или близкого к круговому эллиптического поля двигателя применяют фазосдвигающие устройства: резисторы, катушки индуктивности или конденсаторы.

Слайд 91

Схемы пуска АД в однофазном режиме с пульсирующим полем

Слайд 92

Слайд 93

Включение резистора приводит к сдвигу вектора тока пусковой обмотки по

отношению к вектору тока рабочей обмотки на угол ψR:
ψR= φР – φП
При включении конденсатора последний может в зависимости от величины его емкости компенсировать:
1) часть реактивной мощности пусковой обмотки;
2) полностью компенсировать требующуюся для создания поля реактивную мощность;

Слайд 94

3) перекомпенсировать реактивную мощность, т. е. двигатель с таким конденсатором не

только покрывает свои потребности в реактивной мощности, но отдает ее избыток в сеть и является источником реактивной мощности; на практике третий случай не используется, поскольку связан с большими токами.

Слайд 95

Приведем сводную таблицу схем соединения фазных обмоток конденсаторного АД, включения

рабочего и пускового конденсаторов и приближенных расчетных формул рабочей и пусковой емкости, а также наибольших действующих значений напряжений на конденсаторе.

Слайд 96

Таблица 3.1 Схемы соединения и расчетные формулы конденсаторного АД

Слайд 97

Слайд 98

Особенности работы и эффективное использование конденсаторного АД
Зависимость величины емкости

рабочего конденсатора от нагрузки на валу двигателя является линейной. Она представлена на рис. 3.33. Эта зависимость позволяет легко определить значение рабочей емкости конденсаторов для произвольной нагрузки при известной номинальной. Для этого по заданному относительному значению нагрузки двигателя Р/Рн находят соответствующую относительную величину емкости СР/СРН, а по ней — искомое значение емкости.

Слайд 99

Например, для Р=0,2РН отношение СР/СРН — 0,75. Это означает, что

при такой длительной нагрузке величина рабочей емкости должна быть снижена на 25%. Для этой цели в некоторых случаях применяют системы автоматического регулирования емкости конденсатора в функции от нагрузки.

Слайд 100

Слайд 101

Однофазные двигатели
Двигатели, которые называют однофазными, имеют на статоре, как

правило, две обмотки. Одна из них называется главной или рабочей, другая — вспомогательной или пусковой. Необходимость иметь две пространственно сдвинутые обмотки, питаемые сдвинутыми на 90 электрических градусов токами для получения пускового момента была рассмотрена выше.
Сдвиг токов во времени обеспечивают включением во вспомогательную фазу фазосдвигающего элемента — резистора или конденсатора.

Слайд 102

Слайд 103

Как видно из этих рисунков, результирующий магнитный поток Фрез перемещается

справа налево, т. е. в электродвигателе образуется бегущее поле, которое, взаимодействуя с токами обмотки ротора, приводит ротор двигателя во вращение. В данном случае ротор будет вращаться против часовой стрелки.
Для изменения направления вращения двигателя достаточно переместить экранирующие кольца на другие части полюсов.

Слайд 104

Слайд 105

Слайд 106

Слайд 107

Слайд 108

Слайд 109

При пульсации нагрузки на валу двигателя в установившемся режиме значение

мгновенной скорости колеблется около среднего значения. Эти колебания происходят за счет изменения угла между напряжением и ЭДС синхронной машины. Для решения вопроса об устойчивой работе двигателя в таких случаях необходимо знать зависимость момента М от угла θ между напряжением и ЭДС.
Зависимость момента синхронной машины от угла θ носит название угловой характеристики.

Слайд 110

Если пренебречь потерями в активном сопротивлении статора, считая R1= 0

(рис. 3.40), то подводимая к синхронному двигателю мощность, Вт, может быть принята равной электромагнитной мощности:
P = 3IUcosφ, (3.32)
где I и U — фазные ток и напряжение статора.

Слайд 111

Слайд 112

Слайд 113

Слайд 114

Слайд 115

Номинальному моменту двигателя Мном практически соответствует угол θном = 30…25°.

При этом кратность максимального момента к номинальному составляет:
λ=Ммах/ Мном = 2… 2,5.

Слайд 116

СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ КАК КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Возможность работы СД в качестве

источника (компенсатора) реактивной мощности иллюстрируют так называемые U-образные характеристики (рис. 3.43), представляющие собой зависимости тока статора двигателя I1 и его cosφ от тока возбуждения Iв при постоянных напряжении, частоте и мощности Uф=const, f1=const и Р1= const.

Слайд 117

Слайд 118

На рис. 3.43 показаны зависимости I1(Iв) - кривые 1,2 и

cosφ (Iв)-кривые 3,4 при номинальной нагрузке СД Рном (1 и 3) и его холостом ходе (2 ит4). Область характеристик справа от штриховой линии 5 соответствует работе СД с опережающим cosφ, слева от нее - с отстающим, на самой этой линии cosφ= 1. Отметим, что СД без механической нагрузки на валу носит название компенсатора реактивной мощности и часто используется в этой функции в системах электроснабжения.

Слайд 119

Слайд 120

3) Пуск с ограничением тока через пусковые резисторы, включенные в цепь

статора.
4) Пуск с повышением напряжения тиристорных пускателей.
5) Пуск с изменением частоты тока при использовании преобразователей частоты (идеальный пуск).
6) Двигатель с фазным ротором запускается путем включения дополнительных резисторов в ротор, при этом пусковой ток уменьшается, а пусковой момент увеличивается.

Слайд 121

Рисунок 3.45
Реверс двигателя осуществляется изменением чередования фаз. При реверсе

двигателя в приводе возникают удары от резкого изменения знака М, рекомендуется в цепь реверса включать дополнительные резисторы.

Слайд 122

Слайд 123

1) Торможение с отдачей энергии в сеть (генераторный режим работы параллельно

с сетью) осуществляется в том случае, когда скорость двигателя оказывается выше скорости идеального холостого хода и его ЭДС Е больше приложенного напряжения U. Двигатель здесь работает в режиме генератора параллельно с сетью, которой он отдает электрическую энергию; ток при этом изменяет свое направление. Последнее очевидно из равенства
I = (U-E)/R = — (E-U)/R, (3.38)
следовательно, изменяет знак и момент двигателя, т. е. он становится тормозным М = -kФI. Если обозначить тормозной момент через МТ= -М, то при ω > ω0 примет следующий вид:
ω = U/kФ + МтR/k2Ф2. (3.39)

Слайд 124

2) Динамическое торможение происходит при отключении якоря двигателя от сети

и замыкании его на резистор (рис. 3.46), поэтому иногда его называют реостатным торможением. Обмотка возбуждения при этом должна оставаться присоединенной к сети. Режим динамического торможения также соответствует работе машины в качестве генератора.

Слайд 125

Слайд 126

Ток якоря определяется но формуле
I = -E/R, (3.40)
где R

— сопротивление якорной цепи.
Тормозной момент при динамическом торможении, если пренебречь реакцией якоря, может быть выражен равенством
-Мт = kФI = - k2Ф2ω/R. (3.41)
При Ф = const получим:
ω = МтR/c2. (3.42)
При динамическом торможении механическая характеристика двигателя, как это видно из (3.42), представляет собой прямую, проходящую через начало координат.

Слайд 127

3) Торможение противовключением (генераторный режим работы последовательно с сетью) осуществляется

в том случае, когда обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противоположную сторону. Это может происходить, например, в приводе подъемника, когда двигатель включен на подъем, а момент, развиваемый грузом, заставляет привод вращаться в сторону спуска груза. Такой же режим получается и при переключении обмотки якоря (или обмотки возбуждения) двигателя для быстрой остановки или для изменения направления вращения на противоположное.

Слайд 128

Слайд 129

При этом ток в якоре, как обычно в двигательном режиме,

определяется по формуле
I = (U-E)/R.
С увеличением момента груза угловая скорость двигателя уменьшается соответственно характеристике АВ, и если момент груза будет равен Мк.з, двигатель остановится. В этом состоянии при ω=0 ЭДС двигателя равна нулю, поэтому ток определяется равенством
I = Iкз =U/R.

Слайд 130

Когда момент сопротивления при дальнейшем увеличении груза превысит момент двигателя

в неподвижном состоянии, последний начнет вращаться в противоположном направлении и груз станет опускаться. При моменте, равном Мс2 будет достигнута установившаяся скорость спуска, соответствующая точке С на приведенной характеристике. Поскольку якорь теперь вращается в обратную сторону, а направление магнитного потока не изменилось, ЭДС двигателя изменит направление на обратное. Ток, определяемый уравнением
I = (U + E)/R,
будет больше, чем в двигательном режиме, и соответственно момент, развиваемый двигателем при торможении противовключением, тоже возрастет.

Слайд 131

Механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в тормозных режимах

Для двигателя последовательного возбуждения возможны два тормозных режима: торможение противовключением и динамическое торможение. Торможение с отдачей энергии в сеть для этих двигателей осуществить невозможно, так как их ЭДС не может быть больше приложенного напряжения сети.
При торможении противовключением в цепь якоря двигателя вводится дополнительный резистор для ограничения тока.

Слайд 132

Механические характеристики для этого торможения являются продолжением характеристик двигательного режима

в область отрицательной угловой скорости. Это иллюстрируется характеристиками, которые проходят в квадрантах I и IV (рис. 3.50).

Слайд 133

Слайд 134

Динамическое торможение двигателя последовательного возбуждения может быть осуществлено двумя способами;

с самовозбуждением и с независимым возбуждением.
При торможении с самовозбуждением (рис. 3.52) якорь и обмотка возбуждения двигателя отключаются от сети и замыкаются на резистор.

Слайд 135

Слайд 136

Механические характеристики
асинхронного двигателя в тормозных режимах.
Торможение с отдачей энергии в

сеть
Механические характеристики асинхронного двигателя в координатах М и ω представлены на рис. 3.54. В квадранте I расположены участки характеристик двигательного режима для трех различных сопротивлений роторной цепи.

Слайд 137

Слайд 138

Торможение противовключением
Торможение противовключением имеет значительно большее применение на практике.

Режим торможения противовключением может быть получен, так же как и для двигателя постоянного тока, при движущем моменте нагрузки Mc > Мп (рис. 3.54). Для ограничения тока и получения соответствующего момента необходимо при использовании двигателя с фазным ротором в его роторную цепь включить дополнительный резистор. Установившемуся режиму при торможении противовключением соответствует, например, точка — ωуст, Мс, на характеристике Rp2 (рис. 3.54).

Слайд 139

Торможение противовключением может быть получено также путем переключения на ходу

двух фаз обмотки статора, что ведет к перемене направления вращения магнитного поля (переход из точки А в точку В на рис.3.55). Ротор при этом вращается против направления движения поля и постепенно замедляется. Когда угловая скорость спадет до нуля (точка С), двигатель нужно отключить от сети, иначе он может вновь перейти в двигательный режим, причем ротор его будет вращаться в направлении, обратном предыдущему (точка D).

Слайд 140