Краткие теоретические сведения. Электрическая машина любого типа (как постоянного так и переменного тока), используемая в системах электропривода

Электрическая машина любого типа (как постоянного так и переменного тока), используемая в системах электропривода, может работать в двигательном и тормозных режимах.

Для отражения свойств приводной электрической машины применяют следующие характеристики:

- электромеханическую, представляющей собой зависимость угловой скорости w или частоты вращения n двигателя от тока, протекающего по обмотке якоря: w = f (I_а) или n = f (I_а);

- механическую, представляющей собой зависимость угловой скорости w или частоты вращения n двигателя от электромагнитного момента М: w = f (М) или n = f (М).

Принятая единица измерения угловой скорости w – рад/с, а частоты вращения n – об/мин.

Известно уравнение, составленное по второму закону Кирхгофа для цепи якоря двигателя постоянного тока в установившемся режиме его работы,

U_а = E_а + R_аI_а = kФw + (r_а + R _р) I_а , (2.1)

где U_a – напряжение, подключенное к обмотке якоря;

E_a – электродвижущая сила (ЭДС), наводимая основным магнитным потоком в обмотке якоря;

I_a – ток, протекающий в обмотке якоря (в генераторном режиме направление тока якоря меняется на противоположное);

k – коэффициент, обусловленный конструктивными параметрами машины;

Ф – основной магнитный поток;

R_a – суммарное сопротивление в цепи обмотки якоря, равное R_a = r_а + R _р ;

r_а – сопротивление обмоток машины, включенных последовательно в цепь якоря, графитовых щеток, переходного скользящего контакта и соединений, выполненных в цепи якоря непосредственно в самой электрической машине;

R _р – сопротивление реостатов, подключенных к обмотке якоря.

Выразив из (2.1) угловую скорость, получим скоростную (электромеханическую) характеристику:

. (2.2)

Известна зависимость для определения электромагнитного момента МПТ,

М = kФI_а . (2.3)

Выразив из (2.3) ток якоря и подставив его в выражение (2.2), получим:

. (2.4)

Как видно из выражения (2.4), если не учитывать размагничивающее действие реакции якоря, механическая харак­те­рис­тика машины постоянного тока с неза­висимым воз­буж­дением при не­измен­ных зна­чениях U_а, Ф и R_а предс­тавляет собой прямую линию (рис. 2.1).

При моменте, равном нулю (М = 0), все характеристики, соответствующие различным значениям R _р, проходят через одну точку, лежащую на оси ординат. Угловая скорость в этой точке имеет значение (w ₀ = U_а / kФ), не зависящее от значения сопротивления цепи якоря. Режим работы машины с такой скоростью вращения ротора называется идеальным холостым ходом. В таком режиме работы ток в цепи якоря отсутствует (I_а = 0), ЭДС обмотки якоря равна напряжению (Е_а = U_а). Такой режим может возникнуть при движении привода под действием внешней силы, например, силы тяжести, которая скомпенсировала силу трения, противодействующую движению.

Второе слагаемое уравнения (2.4) характеризует изменение угловой скорости , т. е. наклон (жесткость) механической характеристики.

Естественная характеристика двигателя получается при R _р= 0 (т.е. R_а = r_а), номинальных значениях напряжения U_а и магнитного потока Ф. Механические характеристики, получаемые при включении в цепь обмотки якоря реостата (R _p> 0), называются искусственными, или реостатными.

Двигательный режим характеризуется тем, что машина преобразует электрическую энергию, потребляемую от источника, в механическую и передает ее рабочему механизму.

При этом момент и частота вращения ротора направлены в одну сторону:

- I квадрант (w > 0, М > 0) – вращение ротора происходит в сторону, совпадающую той, что выбрана за положительное направление вращения (см. рис. 2.1);

- III квадрант (w < 0, М < 0) – вращение ротора происходит в противоположную сторону (характеристики можно получить из показанных на рис. 2.1, произведя их симметричный перенос относительно начала координат).

Следует иметь в виду, что в любом режиме работы электрическая машина преобразует определенную часть энергии в тепло. Эту энергию называют потери.

Режим короткого замыкания характеризуется тем, что частота вращения ротора равна нулю, но машина, как и в двигательном режиме, подключена к сети и потребляет электрическую энергию, однако преобразует ее только в тепловую.

Такой режим соответствует точке пересечения механической характеристики с осью абсцисс.

В режиме короткого замыкания машина находится каждый раз при пуске в тот момент, когда ее подключают к сети. Также машина может перейти в данный режим, например, из двигательного в случае, когда момент внешних сил выше электромагнитного момента двигателя.

Тормозные режимы характеризуются тем, что момент и частота вращения направлены в противоположные стороны (т.е. встречно). При этом характеристики располагаются в II и IV квадрантах.

Преимущество применения тормозных режимов электропривода по сравнению с механическими системами торможения – отсутствие механического износа тормозных колодок.

Генераторный режим (генераторное или рекуперативное торможение) характеризуется тем, что машина преобразует механическую энергию, получаемую от рабочего механизма, в электрическую и отдает ее в сеть.

Для обеспечения этого способа торможения необходимо, чтобы скорость вращения ротора превышала скорость вращения идеального холостого хода (w > w ₀). В этом случае ЭДС, наводимая в обмотке якоря, превышает напряжение, приложенное к ней (Е_а > U_а), следовательно, машина становится источником, а сеть – приемником электроэнергии (направление тока якоря изменяется на противоположное).

Такой способ торможения применяется в приводах подъемных механизмов при спуске груза, или на тяге при движении с горки.

Генераторное торможение наиболее экономично, поскольку оно сопровождается отдачей электроэнергии в сеть.

Торможение противовключением (режим электромагнитного тормоза) характеризуется тем, что машина потребляет из сети электрическую энергию, расходуемую на торможение ротора, движущегося под действием внешнего момента или сил инерции. Вся потребляемая энергия преобразуется в тепловую.

Такой способ позволяет осуществить быстрое торможение рабочего механизма. На практике данный режим осуществляется путем смены полярности напряжения, приложенного к обмотке якоря. Также такой режим, как аварийный, может возникнуть в электроприводе грузоподъемных механизмов, когда двигатель включен на подъем, а тяжесть груза заставляет вращаться привод в обратном направлении.

Ток якоря при торможении противовключением значительно превышает номинальное значение. Для его ограничения в цепь якоря вводится добавочное сопротивление R _р.

Поиск по сайту: