Изображение характеристик исполнительного механизма при работе в электроприводе с разными двигателями

Все электродвигатели обладают свойством саморегулирования (подробно свойство саморегулирования будет рассмотрено далее) и развивать момент равный моменту сопротивления механизма [гер 444].

Любой производственный механизм после включения электродвигателя, через некоторое время, входит в установившийся режим при этом скорость двигателя устанавливается постоянной.

Установившемуся режиму соответствует равновесие статического момента сопротивления механизм – и электромагнитного момента двигателя – при определённой скорости, т.е.

После достижения равновесия между моментами в электроприводе устанавливается постоянная или установившаяся скорость движения.

Значение установившейся скорости легко определить графически, если механическую характеристику механизма (например вентилятора – кривая 1 (рис 4.2) построить в осях , вместо (на графике ( ) в одном масштабе (рис. 4.4).

На рисунке 4.4 приведены механические характеристики трёх видов двигателей (синхронного СД, асинхронного АД, двигателя постоянного тока ДПТ) и механизма с вентиляторной механической характеристикой . Точки пересечения характеристик (а, в, с) соответствуют установившемся скоростям валов двигателей и вентилятора при подключении вентилятора отдельно к каждому из двигателей.

Механическая характеристика двигателя и механизма позволяет определить скорость, момент, мощность и диапазон регулирования скорости D = , если её нужно регулировать двигателем.

Механическая характеристика необходима так же для определения времени перехода от одной скорости к другой, например, при пуске и остановке, так как от времени перехода зависит производительность и экономичность показателей всего устройства.

Рис. 4.4 Механические характеристики

Любые изменения нагрузки рабочего механизма, включение или выключение двигателя, подключение резисторов в силовую цепь двигателя, изменение напряжения и т.д. – все эти изменения приводят к ускорению или замедлению скорости привода и появлению динамического момента , который нагружает либо разгружает вал электродвигателя

. (4-11)

Что бы определить возможные перегрузки двигателя (по моменту и мощности) во времени нужно знать, как изменяется момент, и мощность двигателя во времени (в течение рабочего цикла), то есть иметь нагрузочную диаграмму элетропривода.

Режими роботи електродвигунів у квадрантах системи координат кутова швидкість - момент ω (M)

Как указывалось выше за положительное направление статического момента сопротивления механизма принято направление противоположное направлению электромагнитного момента двигателя .

Механические характеристики изображают на плоскости в прямоугольной системе координат с осями и (рис. 4.5). Положение точки на плоскости, характеризуемое двумя координатами и , определяет режим работы электродвигателя.

При принятых положительных направлениях для и точкаустановившегося режимаопределяется точкой пересечения характеристик двигателя и механизма за исключением осей координат.

Любая точка квадрантов I и III, где знаки скорости и момента одинаковы, соответствует положительному значению мощности, то есть полезной работе, совершаемой двигателем (произведение момента на скорость получается положительным).

Двигатель при ω > 0, то есть полжительной мощности ( преобразует электрическую энергию в механическую.

Наоборот, точки квадрантов II и IV, где знаки скорости и момента не совпадают, относятся к потреблениюдвигателем механической энергии ( ω < 0).

В случае ω < 0 двигатель преобразует механическую энергию в электрическую.

Электрическая машина в двигательном ре­жиме развивает движущий момент, а в генератор­ном тормозной момент.

Рис. 4.5 Области двигательного и генераторного режимов электро­привода на плоскости и .

В отличие от двигатель­ного режима, генераторных режимов может быть несколько, в зависимости от того, как ис­пользуется преобразованная электрическая энергия.

Преобразованная электрическая энергия — это энергия, полученная при переходе механической энергии двигателя в электрическую (например при спуске груза или движении транспортного средства под уклон).

Генераторные режимы энергетически классифици­руются следующим образом.

1. Генераторный режим с отдачей энергии в сеть — это режим рекуперативного торможения.

В этом случае пре­образованная электрическая энергия за вычетом потерь отдается машиной в сеть. Баланс мощностей выражается следующим образом:

где: Р_М – механическая мощность на валу двигателя;

Р_Э– электрическая мощность, поступающая в сеть;

– мощность потерь в силовых цепях двигателя.

Переход из двигательного режима в режим рекупера­тивного торможения возможен при повышении скорости двигателя сверх скорости, идеального холостого хода, когда = 0. Факт получения тормозного момента в дви­гателе с одновременной отдачей им энергии в сеть позво­ляет считать данный режим торможения экономичным.

2. Режим торможения противо–включением.

В этом случае электрическая машина потребляет как механиче­скую энергию с вала, так и электрическую энергию из сети. Суммарная энергия расходуется в силовых цепях двигателя в виде потерь мощности , т. е.

Этот режим характеризуется большими электрическими потерями.

3. Режим динамического торможения. В этом случае на потери в силовой цепи двигателя расходуется только преобразованная электрическая энергия. Энергию из сети машина не получает она отключена от сети , т. е.

Вся механическая мощность Р_М –на валу двигателя превращается в – мощность потерь в силовых цепях двигателя.

Для осуществления режима динамического торможения двигатель обычно отключают от сети и в его силовую цепь вводят дополни­тельное сопротивление.

В отдельных случаях электриче­ская машина, подключенная к питающей сети, может тем не менее не обмениваться с ней активной мощностью, а потреблять механическую мощность с вала и преобразо­вывать ее в потери, т. е. также работать в режиме динами­ческого торможения.

Выражения (1–40)—(1–42) учитывают мощности и потери только в процессе электромеханического преобразования энергии из электрической в механическую.

Потери, связанные с созданием магнитного потока машины, не включены в балансы мощностей. На рис. 4.6 показаны возможные энергетические режимы двигателя.

Граничные режимы, отделяющие двигательные режимы от генераторных, соответствуют определенным точкам на координатных осях (рис.4.5).

Там, где = 0 при , имеет место так называемый идеальный холостой ход двигателя. Чтобы машина могла работать в данном ре­жиме, требуется к ее валу подвести небольшую мощность, компенсирующую механические потери и дополнительные потери вне силовых цепей.

При = 0 и имеет место так называемый режим короткого замыкания. В этом случае механическая мощность равна нулю, а потребляемая из сети электрическая энергия полностью ра

Рис. 4.6 Энергетические диаграмм режимов работ двигателя