ДПТ Пар.В

СД

Механические характеристики электродвигателей

Понятие «механическая характеристика электродвигателя» было приведено выше.

Повторим и разовьем это понятие.

Механической характеристикой двигателя, независимо от рода тока, называют зависимость угловой скорости вала двигателя ω (далее – двигателя) от электромагнитного момента двигателя М, т.е зависимость ω (М).

Здесь следует сделать важное замечание: в соответствии с уравнением моментов М = М, в установившемся режиме электромагнитный момент двигателя определяется величиной статического момента механизма. Это означает, что величина электромагнит-ного момента двигателя полностью зависит от момента механизма – чем больше тормоз-ной момент механизма, тем больше вращающий момент двигателя, и наоборот. Иначе го-воря, для любого двигателя входной величиной является момент механизма, а выходной – его скорость.

Различают естественные и искусственные механические характеристикиэлектродвигателей.

Естественная механическая характеристика - это зависимость ω (М), снятая при нормальных условиях работы двигателя, т.е. при номинальных параметрах питающей сети и отсутствии добавочных резисторов в цепях обмоток двигателей.

К параметрам питающей сети относят:: на постоянном токе – напряжение, на пере-менном – напряжение и частота тока.

Характеристики, снятые при условиях, отличных от нормальных, называют искус-ственными.

Искусственные характеристики можно получить путем изменения параметров самого двигателя, например, путем введения резисторов в цепь обмотки якоря двигателя постоянного тока или в цепь обмотки статора асинхронного двигателя, либо изменением пара-метров питающей сети, т.е. напряжения и частоты переменного тока.

Каждый электродвигатель имеет одну естественную и множество искусственных характеристик. Число последних зависит от числа ступеней регулирующего элемента, на-пример, числа ступеней регулировочного реостата в цепи обмотки якоря двигателя посто-янного тока. Если у двигателя таких ступеней – пять, то такой двигатель имеет шесть ха-рактеристик – пять искусственных и одну естественную.

Искусственные механические характеристики применяются для получения таких режимов работы двигателя, как регулирование скорости, реверс, электрическое торможение, и др.

ПРИМЕРЫ:

Рассмотрим естественные механические характеристики двигателей разных типов.

Рис. 8.4. Естественная механическая (а) и угловая (б) характеристики синхронного двигателя; θ – угол отставания оси ротора от оси магнитного поля обмотки статора.

1.Естественная механическая характеристика синхронного двигателя (рис. 8.1, а) – абсолютно жесткая, потому что ее жесткость

β = ΔМ / Δω = ΔМ / 0 = ∞.

Иначе говоря, при изменении электромагнитного момента М двигателя в широких пределах скорость двигателя не изменяется.

Cтабильность скорости ротора синхронного двигателя объясняется при помощи угловой характеристики синхронного двигателя θ (М) следующим образом (рис.8.14, б).

Если механическая нагрузка к ротору не приложена, то оси ротора и вращающегося магнитного поля обмотки статора совпадают, т.е. θ = 0° (точка 0 на рис. 8.14, б). Электромагнитный момент двигателя М = 0, двигатель работает в режиме холостого хода.

Если приложить к валу двигателя механическую нагрузку и увеличивать ее, то ро-тор под действием механической нагрузки станет отставать от магнитного поля обмотки статора на все больший угол θ. Чем больше механическая нагрузка на валу, тем больше этот угол и тем больше вращающий электромагнитный момент двигателя.

Такое одновременное увеличение вращающего момента двигателя, вызываемое увеличением тормозного момента механизма как раз и обеспечивает стабильность скорости двигателя (на рис. 8.4, а участок характеристики от М = 0 до М = М).

Однако постоянство скорости двигателя сохраняется до тех пор, пока угол θ≤90°.

При θ = 90° двигатель развивает критический (максимальный) момент М (точка А на рис. 8.4, а).

Если при θ = 90° вновь увеличить механическую нагрузку (θ > 90°), электромаг-нитный момент двигателя станет уменьшаться (отрезок АВ угловой характеристики), т.е

этот момент окажется меньше тормозного момента механизма. В результате скорость ротора двигателя станет уменьшаться, и в конце концов ротор остановится.

Поскольку при этом скорость ротора меньше скорости вращающегося магнитного поля обмотки статора, говорят, что двигатель выпал из синхронизма.

Как следует из угловой характеристики двигателя, условие выпадения двигателя из синхронизма такое:: θ≤90°.

На практике номинальный угол θ = 20…40°.

Область применения синхронных двигателей: на судах – в качестве гребных элект-родвигателей, вращающих винты; на берегу – для привода мощных механизмов, напри-мер, компрессоров на газоперекачивающих станциях.

Рис. 8.5. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

2.Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока паралель-ного возбуждения (рис. 8.5) – жесткая, потому что ее жесткость

β = ΔМ / Δω ≤ 10%.

Это означает, что при изменении электромагнитного момента двигателя в широких пределах его скорость достаточна стабильна (т.е. изменяется незначительно).

Такие двигатели применяются там, где при изменении нагрузки механизма в широ-ких пределах скорость двигателя не должна изменяться резко - в электроприводах насо-сов, вентиляторов и т.п.