Понятие об электромеханических и механических характеристиках и режимах работы двигателей

Важное значение для теории и практики электроприводов имеют электромеханические и механические характеристики двигателей. Механические характеристики двигателей в сочетании с уравнениями движения электропривода позволяют исследовать движение электромеханических систем в целом. В зависимости от режима работы электромеханические и механические характеристики подразделяются на статические и динамические. Статическая механическая характеристика представляет собой геометрическое место точек на плоскости , соответствующих установившемуся режимам работы, а динамическая характеристика – геометрическое место точек на той же плоскости, каждой из которых соответствует определенный момент времени. В качестве примера на рис. 2.1 изображены статическая и динамическая механические характеристики асинхронного двигателя для режима пуска в холостую.

При изменении нагрузки на валу двигателя скорость его изменяется. Величиной, характеризующей степень ее изменения, является жесткость. Статическая жесткость характеристики определяется как отношение приращения момента к приращению скорости .

Статические характеристики двигателей имеют отрицательную жесткость, если при увеличении нагрузки скорость их уменьшается.

В динамических режимах работы электропривода жесткая и даже абсолютно жесткая статическая характеристика превращается в мягкую или имеющую переменную жесткость как видно из рис. 2.1. Поэтому для правильного суждения о жесткости характеристик двигателя или электропривода в этих режимах используется понятие динамической жесткости. Модуль динамической жесткости определяется как отношение амплитуд установившихся гармонических колебаний момента и угловой скорости относительно средних значений

при Dw_g ®0.

В заключение рассмотрим возможные режимы работы ЭМП с точки зрения направления потоков энергии и органичениях, накладываемых на протекание этих режимов.

Основным режимом работы ЭМП и двигателя является двигательный, при котором мощность, потребляемая из сети Р_с, в основном преобразуется в механическую Р_мех, а остальная часть DР теряется в виде тепла в обмотках и стали машины.

К тормозным, т.е. генераторным, относятся режимы:

а) рекуперативное торможение;

б) противовключение;

в) динамическое торможение.

В режиме рекуперативного торможения механическая мощность Р_мех, поступающая с вала механизма, преобразуется в электрическую Р_С и отдается в сеть за исключением потерь в обмотках и стали.

В режиме противовключения двигатель потребляет мощность Рс из сети и с вала механизма Р_мех и вся она теряется в виде тепла в обмотках и стали.

В режиме динамического торможения двигатель отключен от сети, работает автономным генератором. Вся механическая мощность, поступающая с вала механизма, преобразуется в электрическую и рассеивается в виде тепла в обмотках и стали машины.

Процесс электромеханического преобразования энергии сопровождаются потерями энергии, вызывающими нагрев машины. Чем больше ее нагрузка, тем больше тепла выделяется в машине, тем выше температура ее элементов. Максимально допустимая t° двигателя ограничивается максимально допустимым нагревом изоляции, т.к. превышение допустимой t° резко сокращает срок службы изоляции. Отсюда вытекает ограничение по нагреву. Однако ограничение по нагреву не исключает возможность кратковременной перенагрузки двигателя, т.к. за время такой нагрузки t° двигателя заметно измениться не сможет.

Различают, также перегрузочную способность двигателя по току и по моменту .

Перегрузочная способность двигателей постоянного тока ограничивается условиями коммутации, а двигателей переменного тока – наибольшим моментом, который машина способа развить при номинальном напряжении и номинальном возбуждении (для синхронных двигателей).

Перегрузочная способность двигателей постоянного тока по моменту l_м не должна быть меньше 2,5. Для крановых и металлургических двигателей постоянного тока в зависимости от мощности и способа возбуждения составляет l_м=2,5¸5,5.

Перегрузочная способность двигателей постоянного тока по току составляет l_I=1,5¸3,6, а для двигателей с гладким якорем l_I=6¸8.

Перегрузочная способность асинхронных двигателей (АД) длительного режима по моменту l_М=1,7¸2,2, а для крановых и металлургических двигателей она более 2,3. Перегрузочная способность АД и синхронных двигателей по току не нормируется.

Перегрузочная способность синхронных двигателей (мгновенная) по моменту l_М=2,5¸3, а за счет форсировки возбуждения может быть доведена до 3,5¸4.