Характеристики электродвигателей Асинхронный двигатель

Схема трехфазного электродвигателя (ЭДВ) переменного тока с короткозамкнутым ротором показана на рис. 1.11. Его отличают: простота устройства и эксплуатации, низкая стоимость, высокие надежность и экономичность расхода энергии. Однако электрическая энергия часто производится с помощью тепловых двигателей, поэтому ее стоимость гораздо выше энергии, заключенной в топливе, используемом ДВС.

Рис. 1.10. Энергетический баланс ДВС на номинальном режиме работы:

Рис. 1.11. Схема асинхронного ЭДВ:

1 — обмотки статора; 2 — ротор Принцип действия асинхронного двигателя основан на том, что обмотки статора 1, питаемые трехфазным током, создают вращающееся со скоростью со_снм магнитное поле, пересекаемое проводниками ротора 2, на которые действует крутящий момент А/_кр. Однако этот момент является движущим М_К|)= М_дв > 0 до тех пор, пока угловая скорость ротора со < со_СШ1. При со = со_П1И двигатель работает на холостом ходу с М_кр= 0.

Статическая характеристика (рис. 1.12) асинхронного электродвигателя может быть представлена в виде.

где М, со — крутящий момент и угловая скорость ротора; со_С1", — синхронная скорость; М_крит, 5 — критические момент и скольжение при М = М .

Асинхронный двигатель может работать в различных режимах:

1) в режиме двигателя, в котором крутящий момент М и скорость вращения ротора со имеют одинаковые направ;

Рис. 1.12. Статическая характеристика асинхронного ЭДВ:

• 1 — область работы двигателя;
• 2 — область противовключения;
• 3 — область работы электрогенератора ления 0 < со < со_син. Двигатель потребляет энергию из сети и создает движущий момент М_кр= М_лв > 0;
• 2) в режиме противовключения, который образуется путем переключения двух обмоток при неизменной скорости вращения ротора со. При этом направление вращения магнитного поля меняется и возникает момент сопротивления M_conp = М _кр< 0;
• 3) в режиме электрогенератора, где скорость вала превышает синхронную скорость магнитного поля со > со_С1Ш, а крутящий момент ротора М_кр направлен в сторону, обратную скорости вала, и представляет собой момент сопротивления вращению М_кр = М_сопр< 0. При этом движущий момент необходимо приложить к валу извне. В данном режиме торможения двигателем вырабатывается электроэнергия, которая отдается в сеть. Это положительное качество — обратимость машины из двигателя в генератор у асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором нелегко использовать из-за трудности его включения в систему управления;
• 4) на холостом ходу при со_хх= со_син и М_кр= 0.

Номинальный режим двигателя выбирается на линейном участке характеристики, которую можно описать уравнением

где а и Ь — постоянные коэффициенты.

Электродвигатель постоянного тока Электрическая машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном или генераторном. Электрическая схема с выделенным /У_ов — напряжением на обмотке возбуждения, с помощью которой она включается в систему управления, показана на рис. 1.13. Соединение обмотки возбуждения, которая создает магнитный поток, может быть параллельным обмотке якоря, последовательным или комбинированным. Механическая характеристика изображена на рис. 1.14 и имеет следующие области работы:

• • в режиме ЭДВ, который потребляет энергию из сети и создает движущий момент М_кр = М_дв > 0, совпадающий со скоростью вращения ротора со;
• • в тормозном режиме.

В генераторном режиме, или режиме рекуперативного торможения, крутящий момент направлен в сторону, обратную скорости вала со, и представляет собой момент сопротивления вращению М = М < 0. При этом движущий момент необходимо приложить к валу извне. В данном режиме торможения двигателем вырабатывается электроэнергия, которая может быть использована для рекуперации энергии при торможении двигателем. Примерами рекуперативного торможения являются:

• • быстрый спуск груза на кране, когда двигатель включен в направлении спуска;
• • перевод машины с большей скорости на меньшую, когда запасенная кинетическая энергия «перекачивается» в аккумулятор или обратно в сеть.

Режим работы противовключением получается в результате мгновенного переключения обмоток двигателя на противоположное вращение, при этом электрическая машина потребляет механическую мощность с вала. Например:

• • спуск груза на кране, когда его момент превышает момент двигателя и якорь вращается в обратную сторон}';
• • ускоренный принудительный останов шпинделя токарного станка для съема, установки или измерения детали за счет переключения двигателя на обратное вращение.

Статическая характеристика двигателя описывается линейным уравнением.

К

(кФ)²

где коэффициент пропорциональности b =.

Рис. 1.13. Электрическая схема электродвигателя постоянного.

U_m — напряжение на обмотке возбуждения; 11_я — напряжение питания якоря ЭДВ; со — скорость вращения вала тока:

Рис. 1.14. Характеристика электродвигателя с независимым возбуждением.

R — сопротивление; k — константа; Ф — магнитный поток; со_хх = и"/кФ — скорость вращения холостого хода (М_кр= 0). Напряжение питания якоря U_A = Е + IR связано с током в цепи якоря / и электродвижущей силой Е = &Фсо.

Следует отметить удобство управления, при котором происходит обратимость электрической машины с независимым возбуждением из двигателя в генератор путем изменения напряжения на обмотке возбуждения U_OB. Применение одной и той же машины как двигателя и как генератора позволяет повысить экономичность на неустановившихся режимах, полезно используя запас кинетической энергии при торможении машины. Процесс «перекачки» энергии электрогенератором в аккумулятор при торможении машины и, наоборот, из аккумулятора в ЭДВ при разгоне или установившемся движении является примером рекуперации энергии.