Характеристика зміни коефіцієнта корисної дії

Крива залежності к. п. д. від навантаження має характерний для всіх двигунів вигляд (рис 5). Крива проходить через початок координат і швидко зростає при збільшенні корисної потужності до 1 / 4 номінальної. При потужності Р2, що дорівнює приблизно 2 / 3 номінальної, к. п. д. зазвичай досягає максимального значення. При збільшенні навантаження до номінальної к. п. д. залишається постійним або незначно падає.

Рис. 5. Зміна к. п. д. двигуна

Механічна характеристика

Найважливішою характеристикою двигуна є механічна n (M). Вона показує, як залежить частота обертання двигуна від развиваемого моменту. Якщо до обмоток двигуна підведені номінальні напруги і відсутні додаткові резистори в його ланцюгах, то двигун має механічну характеристику, звану природною. На природній характеристиці знаходиться точка, відповідна номінальним даними двигуна (М _н, Р _я і т.д.).Якщо ж напруга на обмотці якоря менше номінального, або I _в <I _вн, то двигун буде мати різні штучні механічні характеристики. На цих характеристиках двигун працює при пуску, гальмуванні, реверсі і регулювання частоти обертання.

Перетворивши вираз (3) щодо частоти обертання, отримаємо рівняння електромеханічної характеристики n (I _я):

(7)

Після заміни в рівнянні (7) струму I _я згідно з формулою (1), отримаємо рівняння механічної характеристики n (М):

(8)

При Ф = соnst, електромеханічна n (I _я) і механічна n (М) характеристики двигуна паралельного збудження представляють собою прямі лінії. Так як за рахунок реакції якоря магнітний потік трохи змінюється, то характеристики в дійсності дещо відрізняються від прямих.

При роботі вхолосту (М = 0) двигун має частоту обертання холостого ходу, яка визначається першим членом рівняння (8). Зі збільшенням навантаження n зменшується. Як випливає з рівняння (8), це пояснюється наявністю опору якоря r _я.

Оскільки r _я не велика, частота обертання двигуна при збільшенні моменту змінюється мало, і двигун має жорстку природну механічну характеристику (рис.6, характеристика 1).

З рівняння (8) випливає, що регулювати частоту обертання при заданій постійній навантаженні (М = const) можна трьома способами:

а) зміною опору кола якоря;

б) зміною магнітного потоку двигуна;

в) зміною напруги на затискачах якоря.

Рис. 6 Механічні характеристики

Для регулювання частоти обертання першим способом в ланцюг якоря. повинно бути включено додатковий опір r _д. Тоді опір в рівнянні (8) необхідно замінити на r _я + r _д.

Як випливає з рівняння (8), частота обертання n пов'язана з опором ланцюга якоря r _я + r _д при постійному навантаженні (М = const) лінійною залежністю, тобто при збільшенні опору частота обертання зменшується. Різним опорам r _д відповідають різні штучні механічні характеристики, одна з яких наведена на рис.2 (характеристика 2). За допомогою характеристики 2 при заданому моменті М1 можна отримати частоту обертання n2.

Зміна частоти обертання другим способом здійснюється за допомогою регульованого джерела напруги UD2. Змінюючи його напруга регулятором R2, можна змінити струм збудження I _В і тим самим магнітний потік двигуна. Як видно з рівняння (8), при постійному навантаженні (М = соnst) частота обертання знаходиться в складній залежності від магнітного потоку Ф. Аналіз рівняння (8) показує, що в деякому діапазоні зміни магнітного потоку Ф зменшення останнього приводить до збільшення частоти обертання. Саме цей діапазон зміни потоку використовують при регулюванні частоти обертання.

Кожному значенню магнітного потоку відповідає штучна механічна характеристика двигуна, одна з яких наведена на рис.2 (характеристика 4). За допомогою характеристики 4 при моменті М1 можна отримати частоту обертання n4.

Щоб регулювати частоту обертання зміною напруги на затискачах якоря, необхідно мати відносно потужний регульоване джерело напруги. Кожному значенню напруги відповідає штучна механічна характеристика двигуна, одна з яких наведена на рис.2 (характеристика 3). За допомогою характеристики 3 при заданому моменті М1 можна отримати частоту обертання n3.

5. Розрахунок механічних характеристик двигунів постійного струму незалежного збудженні;

6. Визначення показників якості регулювання двигунів постійного струму;

Из уравнения электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости:

1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,

3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U. Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Рассмотрим первый способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря. Схема включения двигателя для этого случая представлена на рис. 1, а электромеханические и механические характеристики — на рис. 2, а.

Рис. 1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Рис. 2. Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.

Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен (D= 2- З).

Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.

При втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.

При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 - 4.

Механические характеристики для различных значений потока двигателя приведены на рис. 2, а и 2, б, из которых видно, что характеристики в пределах номинального тока имеют высокую степень жесткости.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.

Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.

Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.

Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.

При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника энергии с регулируемым напряжением и Uном двигателя.

Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого к двигателю напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.

Данный способ регулирования является экономичным, так-так регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря. По всем перечисленным выше показателям данный способ регулирования по сравнению с первым и вторым наилучший

7. Електромеханічні властивості асинхронних двигунів, основні рівняння;

Назначение асинхронного двигателя в наибольшей степени определяет его конструкцию. В общепромышленных неуправляемых приводах малой и средней мощности используются двигатели с короткозамкнутым ротором. В более мощных приводах, и там где требуется ограничение пусковых токов, применяют двигатели с фазным ротором. Приборную автоматику обслуживают приводы на малоинерционных управляемых асинхронных двигателях. В последнее время, в связи с развитием различных вариантов частотного управления, во всех типах управляемых приводов находят применение асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Поэтому наибольшее внимание уделим классическим трехфазным двигателям с короткозамкнутым и с фазным ротором.