Общие сведения. Электрический двигатель — это электрическая машина, в которой электрическая энергия

Электрический двигатель — это электрическая машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую.

По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические. У двигателей первой группы вращающей момент создается вследствие гистерезиса при перемагничивании ротора. Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока (ДПТ) и двигатели переменного тока.

ДПТ классифицируют по виду магнитной системы статора:

1. с постоянными магнитами;

2. с электромагнитами:

3. с независимым включением обмоток (независимое возбуждение);

4. с последовательным включением обмоток (последовательное возбуждение);

5. с параллельным включением обмоток (параллельное возбуждение);

6. со смешанным включением обмоток (смешанное возбуждение):

7. с преобладанием последовательной обмотки;

8. с преобладанием параллельной обмотки;

Вид подключения обмоток статора существенно влияет на механические и электрические характеристики электродвигателя.

Двигатели переменного тока делятся на асинхронные и синхронные. По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора.

Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор. Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную.

Механическая характеристика представляет собой функциональную зависимость крутящего момента М от угловой скорости ω. При выборе приводного двигателя стремятся к наибольшему соответствию механических характеристик электродвигателя и рабочей машины, что обеспечивает возможность их совместной работы в широком скоростном диапазоне без дополнительных регуляторов. При отсутствии полного совпадения механических характеристик минимальным условием работоспособности электропривода является наличие хотя бы одной общей точки у механических характеристик электродвигателя и рабочей машины.

Механические характеристики электродвигателей являются падающими функциями, что свидетельствует о хорошей приспособляемости электродвигателей к перегрузкам и, как правило, обеспечивает статическую устойчивость привода относительно общей рабочей точки (М_С, ω_С). Различают механические характеристики электродвигателей естественные и искусственные. Естественная характеристика получается при отсутствии дополнительных сопротивлений в цепях якоря и статора, напряжение сети неизменно. Каждому конкретному электродвигателю соответствует одна естественная и множество искусственных характеристик.

При совпадении направлений электромагнитного момента и вращения вала для электрических машин (первый квадрант) механические характеристики соответствуют двигательному режиму работы привода, а при несовпадении - тормозным режимам (второй и четвертый квадранты).

Характеризуя падающие функции, вводят понятие жесткости. Чем ближе характеристика к вертикали, тем она жестче, чем более отклонена - тем мягче. Физический смысл здесь в том, что в первом случае при значительном изменении момента М, незначительно изменяется угловая скорость с (привод «жестко держит» скоростной режим).

На естественных механических характеристиках электродвигателей выделяют характерные точки для следующих режимов:

1. номинальный режим (М=М_Н, ω = ω _Н) соответствует паспортной характеристике электродвигателя

2. пусковой режим (М=М_П, ω =0);

3. критический режим (М=М_К, ω = ω_К), при наличии экстремума функции М= f (ω);

4. режим идеального холостого хода (М=0, ω = ω ₀).

2.2.1 Расчет и построение механических характеристик двигателя постоянного тока с независмым возбуждением

Основным уравнением, описывающим электрическую цепь, является уравнение электрического состояния, которое для якорной цепи двигателя постоянного тока независимого (ДПТ с НВ) тока имеет вид:

, (2.1)

где U - напряжение сети, В.

Е- противо Э.Д.С, В.

Iя - ток якоря, А.

R_я - сопротивление якоря, Ом.

Rx - дополнительное сопротивление в цепи якоря, Ом.

, (2.2)

, (2.3)

где М- вращающий момент, Нм;

Ф - магнитный поток статора, Вб;

ω - угловая скорость якоря, с^-1

С и k - коэффициенты, определяемые параметрами конкретного двигателя.

После соответствующих подстановок в (2.1), получим

, (2.4)

что соответствует выражению , характеризующему падающую линейную функцию.

Для естественной характеристики в выражении (2.4) R_x=0. Нетрудно заметить, что с увеличением R в якорной цепи, жесткость характеристики ДПТ с НВ уменьшается.

Определяя режим холостого хода, подставим в (2.4) М=0, тогда получим

, (2.5)

т. е. ω₀ не зависит от величины сопротивления в якорной цепи и является общей точкой для всего семейства естественной и искусственных механических характеристик, лежащей на оси абсцисс. Магнитный поток Ф принимается за 1.

Поскольку для построения линейной функции достаточно определить координаты двух её точек, за одну из таковых удобно принять точку идеального холостого хода (М=0, ω=ω₀).

Расчет механических характеристик обычно ведется на основе паспортных данных электродвигателя, поэтому прямое использование выражений (2.2... 2.5) затруднено. Однако, принимая во внимание постоянство величин С и Ф в выражении (2.2) для линейной функции в любой её точке получим равные отношения

, (2.6)

на основе которых, предварительно определяя Е по (2.1) и учитывая из (2.3) пропорциональную связь между током якоря I_я и моментом на его валу М, возможно определить соответствующий скоростной режим ω. Нетрудно заметить, что Е₀=0, т. к. при М=0 и I_я=0.

Величина МН непосредственно не указывается в паспортной характеристике электродвигателя, а рассчитывается

, (2.7)

где Р_Н - номинальная мощность, Вт.

Остается добавить, что при отсутствии специальных указаний о загрузке двигателя по моменту в условии задачи подразумевается, что она соответствует номинальной, М_Х=М_Н.

Дата добавления: 2015-12-07