| Рисунок 2.8 – Режимы работы электродвигателей |
Механические характеристики позволяют просто и наглядно определить координаты установившегося (статического) режима.
Работе электрического двигателя и производственного механизма в установившемся режиме соответствует равновесие момента сопротивления механизма и вращающего момента двигателя т. е. М=Мс. Тогда скорость установившегося режима определяется, как ордината пересечения характеристик двигателя и производственного механизма.
Оси координат разделяют поле на четыре квадранта. Любая точка I и III квадрантов соответствует двигательному режиму работы электрической машины (за исключением осей координат). При этом мощность машины Р>0 и электрическая энергия преобразуется в механическую. Точки квадрантов II и IV, соответствуют генераторному режиму работы электрической машины Р<0. В этом случае двигатель преобразует механическую энергию в электрическую, развивая тормозной момент. Генераторный режим работы двигателя является режимом электрического торможения
Генераторных режимов может быть несколько в зависимости от того, как используется преобразованная электрическая энергия. Классификация следующая:
1. Генераторный режим с отдачей энергии в сеть — режим рекуперативного торможения. В этом случае преобразованная электрическая энергия за вычетом потерь отдается машиной в сеть. Баланс мощностей выражается следующим образом:
где Рм - механическая мощность на валу двигателя;
Рэ — электрическая мощность, поступающая в сеть;
ΔР — результирующая мощность потерь в силовых цепях двигателя.
Переход из двигательного режима в режим рекуперативного торможения возможен при увеличении скорости двигателя сверх скорости идеального холостого хода, когда М = 0. Получение тормозного момента в двигателе с одновременной отдачей им энергии в сеть позволяет считать данный режим торможения как экономичный.
2. Режим торможения противовключением. В этом случае электрическая машина потребляет как механическую энергию с вала, так и электрическую энергию из сети. Суммарная энергия расходуется в силовых цепях двигателя, т. е. PM +Pэ = ΔP.
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, т. е. Рм=ΔР. Для осуществления данного режима двигатель обычно отключают от сети и в его силовую цепь вводят дополнительное сопротивление. В отдельных случаях электрическая машина, подключенная к питающей сети, может 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.
Граничные режимы, отделяющие двигательные режимы от генераторных, соответствуют определенным точкам на координатных осях. Там, где М = 0 при , имеет место идеальный холостой ход двигателя. Чтобы машина могла работать в данном режиме, требуется к ее валу подвести небольшую мощность, компенсирующую механические потери. При ω0=0 и имеет место так называемый режим короткого замыкания. В этом случае механическая мощность равна нулю, а потребляемая из сети электрическая энергия полностью расходуется на потери.
Изменение момента сопротивления на валу двигателя приводит к тому, что скорость двигателя и момент, который он развивает, могут автоматически изменяться, и привод будет продолжать устойчиво работать при другой скорости с новым значением момента.
Для восстановления равновесия между изменившимся моментом сопротивления и моментом двигателя во всех неэлектрических двигателях требуется участие специальных регуляторов, которые воздействуют на источник энергии, увеличивая или соответственно уменьшая подачу воды, топлива или пара. В электрических двигателях роль автоматического регулятора может выполнять ЭДС двигателя. Эта особенность электродвигателей автоматически поддерживать равновесие системы при изменяющемся моменте сопротивления является весьма ценным свойством.
| Рисунок 2.9 – Характеристики двигателя и механизма |
| Начало формы Конец формы |
На рисунке приведены механическая характеристика 3 двигателя постоянного тока независимого возбуждения и две характеристики 1 и 2 производственного механизма, например конвейера, приводимого в движение этим двигателем. Механические характеристики производственного механизма для удобства изображаются в первом квадранте, хотя момент сопротивления имеет отрицательное значение (для принятого положительного направления моментов)
Характеристика 1 соответствует моменту сопротивления М1 при холостом ходе конвейера. Характеристика 2 получается при большом моменте сопротивления М2 после, того, как на конвейер положены транспортируемые им детали. Вначале при холостом ходе конвейера М = M1 двигатель работает со скоростью ω1. С увеличением нагрузки двигатель тормозится, скорость его снижается, благодаря чему уменьшается ЭДС. При уменьшении ЭДС возрастают ток в якорной цепи двигателя и момент, развиваемый двигателем. Рост момента двигателя продолжается до тех пор, пока не наступит равновесие моментов М = М2 (точка ω2). Эта новая точка также является общей для механической характеристики конвейера (2) и механической характеристики электродвигателя (3). Для лучшего усвоения посмотрите демонстрацию.
Рассмотренные условия работы электропривода в установившемся режиме характеризуют статическую устойчивость привода, когда изменение во времени скорости и момента происходит относительно медленно в отличие от динамической устойчивости, имеющей место при переходных режимах.