Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электропривод режимы работы двигателя

Электропривод режимы работы двигателя

Главное меню

  • Главная
  • Паровые машины
  • Двигатели внутреннего сгорания
  • Электродвигатели
  • Автоматическое регулирование двигателей
  • Восстановление и ремонт двигателей СМД
  • Топливо для двигателей
    • Реактивные и дизельные топлива
    • Очистка топлива
    • Топливо для судовых двигателей
    • Испытания и обслуживание фильтров
    • Расчет топливных сепараторов
  • Карта сайта

Судовые двигатели

  • Судовые двигатели внутреннего сгорания
  • Судовые паровые турбины
  • Судовые газовые турбины
  • Судовые дизельные установки

Электрической машиной называется устройство, служащее для преобразования механической энергии в элек­трическую или, наоборот, электрической энергии в механиче­скую. В первом случае машина называется электрическим ге­нератором, во втором случае — электродвигателем.

В основу работы электрических генераторов положен прин­цип электромагнитной индукции. Известно, что если провод­ник пересекает магнитное поле, то в нем будет наводиться электродвижущая сила (э.д. с.), которая по законам электро­магнитной индукции зависит от интенсивности магнитного по­ля, длины проводника, скорости его движения и угла между вектором поля и вектором движения проводника. Если этот проводник замкнуть, то в цепи появится электрический ток. Так как причиной наведения электродвижущей силы в проводнике является пересечение им магнитных силовых линий, той в том случае, когда проводник неподвижен, а движется (из­меняется) магнитное поле, в проводнике также будет наводиться э. д. с.

Это физическое явление и положено в основу работы элек­трических генераторов. Любой генератор состоит из устройства, служащего для создания магнитного потока (например, элек­тромагнита), и электрической обмотки, в которой наводится э. д. с. У генераторов постоянного тока обмотка обычно раз­мещается на вращающейся части, называемой якорем. Якорь располагается между полюсами, создающими магнитное поле. При вращении якоря механическим двигателем в этом магнит­ном поле в обмотке наводится э. д. с., которая прямо пропор­циональна скорости вращения и величине магнитного потока. С помощью коллектора ток подается во внешнюю цепь.

Аналогичным образом устроены и генераторы переменного тока, только у них основная обмотка, как правило, размещается на неподвижной части, называемой статором, а магнитное по­ле создается полюсами, расположенными на »вращающейся части (роторе).

Очевидно, что для получения электроэнергии якорь (ротор) генератора должен .вращаться каким-либо двигателем, являю­щимся источникам механической энергии.

Действие электродвигателей основано на свойстве провод­ника с током двигаться в магнитном поле. Известно, что если проводник с электрическим током поместить в магнитное поле, то на него со стороны поля будет действовать сила F, завися­щая от интенсивности магнитного поля, длины проводника и ве­личины тока в нем. Таким образом, пропуская электрический ток по обмотке якоря электрической машины, можно заставить его вращаться в магнитном поле.

Характерным свойством электрических машин является их обратимость. Действительно, если якорь машины постоянного тока вращается в магнитном поле полюсов механическим дви­гателем, то машина будет источником электрической энергии. Та же машина может использоваться и как источник механи­ческой энергии. Для этого к обмотке якоря с помощью щеток и коллектора нужно подвести электрическую энергию, и якорь придет во вращение.

Таким образом, для электродвигателей возможны два основ­ных режима работы: двигательный и генераторный, часто называемый также тормозным режимом.

В двигательном режиме (рис. 1,а) к зажимам электродвигателя подводится электрическая энергия, преобразуемая им в механиче­скую. Создаваемый при этом вращающий момент принято считать положительным, так как направле­ние момента совпадает с направ­лением вращения.

При работе электродвигателя в тормозном режиме (рис. 1, б) к валу подводится механическая энергия, которая машиной преобразуется в электрическую. Создаваемый при этом вращающий момент будет отрицатель­ным, так как он препятствует вращению машины.

Любой электродвигатель может работать в любом из этих режимов при определенных условиях. При работе в двигатель­ном режиме к валу электродвигателя приложены два момента: момент, развиваемый электродвигателем, и момент, создавае­мый приводимым в движение механизмом. Последний называ­ют статическим моментом или моментом сил сопротивления на валу электродвигателя. В дальнейшем момент, развиваемый в двигательном режиме, будем называть вращающим, а момент, развиваемый в генераторном режиме, — тормозным.

Вращающий момент любого электродвигателя, прямо про­порционален магнитному потоку и току в обмотке якоря (ро­тора). Статический момент, создаваемый приводимым механизмом, определяет нагрузку электродвигателя и может быть по­ложительным и отрицательным. Статический момент положи­телен, когда его направление совпадает с направлением движе­ния, и отрицателен, когда он направлен против движения. В первом случае статический момент называется движущим, а во вторам — моментом сопротивления.

Отрицательные статические моменты создаются силами тре­ния, силами сопротивления резанию, сжатию, растяжению и скручиванию неупругих тел, а также силой тяжести при подъе­ме груза. Положительные статические моменты создаются на валу электродвигателя силой тяжести при спуске груза. Ста­тический момент может также состоять из нескольких слагае­мых, имеющих разные знаки. Например, при спуске груза си­ла тяжести создает положительный статический момент, а си­ла трения будет создавать отрицательный статический момент. Знак результирующего статического момента будет зависеть от величины первого и второго слагаемых.

Условимся момент, развиваемый электродвигателем (вра­щающий или тормозной), обозначать М, а статический момент (движущий или момент сопротивления) — M c .

Когда электродвигатель работает в установившемся режи­ме, т. е. ) при равномерном движении, всегда поддерживается равенство

±М М с . (1)

В общем случае связь между моментом электродвигателя и статическим моментом выражается уравнением

±М±М с = М j , (2)

где М — момент, развиваемый электродвигателем, кГм;

М с — статический момент, создаваемый механизмом на валу электродвигателя, кГм;

М j — динамический или избыточный момент на валу электро­двигателя, кГм.

Динамический момент является результирующим моментом рассматриваемой механической системы. Он определяется по выражению

где J — момент инерции движущих частей, приведенный к валу электродвигателя, кГм·сек 2 ;

d? / dt — угловое ускорение электродвигателя, рад/сек 2 .

Угловое ускорение двигателя определяется величиной и зна­ком динамического момента, который может быть ускоряющими тормозным.

При ± М ± М с > 0 угловое ускорение d?/dt >0 и, следователь­но, скорость двигателя увеличивается (динамический момент яв­ляется ускоряющим); при ±ММ с = 0 угловое ускорение d?/dt = 0 (имеет место установившийся режим работы электродви­гателя); при ±ММ с d?/dt М с . Если же М> М c , то имеет место ускоренное вращение электродвигателя, а при М М c — замедленное вращение электродвигателя.

Читать еще:  Что является основным двигателем конфликта

ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Общие положения

Известно, что система электропривода описывается уравнением (В.2)

В предыдущих разделах рассматривались ситуации, когда dw / dt = 0 и Мдин = 0, то есть М = Мс. Однако для любых электроприводов существуют режимы, при которых их динамический момент, а значит и ускорение, отличны от нуля. Даже в простейшем случае нерегулируемого электропривода необходимо осуществлять его пуск и торможение.

Динамическим или переходным режимом (процессом) электропривода называется такой режим, при котором осуществляется его переход от одного установившегося состояния к другому, сопровождающийся изменением скорости, момента и тока электродвигателя.

Причиной возникновения переходных процессов может быть изменение параметров системы (активных или индуктивных сопротивлений, числа пар полюсов и т.д ) или параметров процесса (частоты и величины напряжения питания, магнитного потока, момента статического), то есть любое изменение, влекущее за собой нарушение равенства М = Мс.

Все воздействия, в результате которых возникает переходный процесс, подразделяются на две группы: управляющие и возмущающие.

Управляющие – это воздействия по прямому каналу управления, производимые с целью управления системой электропривода для обеспечения требуемого технологического процесса. Например, сигнал на изменение напряжения или его частоты для регулирования скорости двигателя.

Возмущающие – это известные или стохастические изменения технологических параметров, ведущие к изменению статического момента на валу электродвигателя. Например, сброс или наброс нагрузки, изменение качества материала обрабатываемой на станке детали и т.д.

Некоторые механизмы работают при постоянном изменении нагрузки на валу, то есть не имеют установившихся режимов и их рабочими режимами являются периодические переходные.

Таким образом, динамические процессы играют значительную роль в процессе функционирования электроприводов.

Любой переходный процесс характеризуется качественными и количественными показателями:

— устойчивость системы электропривода. В подавляющем большинстве случаев разомкнутая система электропривода, работающая в рамках перегрузочной способности двигателя, является устойчивой и колебания здесь либо отсутствуют, либо являются затухающими. Поэтому обычно проверка разомкнутых систем электропривода на устойчивость не проводится;

— колебательность системы – это количество колебаний в единицу времени и время их затухания.

— перерегулирование s – это разность между максимальным при переходном процессе и установившимся значениями скорости или тока соответственно. Различаются перерегулирования по скорости sс и по току sт;

— время переходного процесса – это время достижения регулируемым параметром величины 0,95 – 0,98 от установившегося значения при отсутствии дальнейших колебаний.

Анализ переходных процессов преследует несколько целей:

— определение времени переходных процессов, так как для электроприводов, работающих в повторно-кратковременном режиме, это время составляет значительную часть цикла и определяет производительность рабочего механизма. Кроме того, в некоторых случаях, например, буровые установки, металло- и деревообрабатывающие станки, период изменения скорости определяет и качество выпускаемой продукции;

— определение качества переходного процесса, то есть его колебательности, величин перерегулирования по скорости и току и устойчивости системы;

— определение максимальных значений тока и момента электродвигателя, так как они определяют электрическую перегрузку.

Динамический процесс – это достаточно сложное явление в электроприводе, наличие управляющего и возмущающего воздействий – только внешняя причина его возникновения. Внутренней сущностью реакции привода на эти воздействия является наличие у него электромеханической и электромагнитной инерционностей, то есть одного или нескольких накопителей энергии различного вида. Изменение количества энергии в накопителе происходит постепенно, чем и объясняется возникновение переходных процессов даже при скачкообразном приложении управляющего или возмущающего воздействий. Если в системе нет накопителей энергии, то переходный процесс, как таковой, отсутствует, и параметры процесса изменяются мгновенно, что и происходит в пропорциональных звеньях, например, при изменении напряжения на резисторе мгновенно изменяется протекающий по нему ток.

Наличие двух и более накопителей энергии и преобразование энергии одного вида, например, кинетической в механических звеньях привода, в другой вид, например, в электромагнитную в индуктивных звеньях, являются причиной возникновения колебаний в системе.

Таким образом, характер протекания переходного процесса в системе электропривода определяется наличием и количеством накопителей энергии и соотношением их параметров.

Однако, если механическая инерционность всегда имеется в системе и пренебречь ею невозможно, то электромагнитная инерционность, определяемая величиной индуктивности L системы, может быть незначительна и не оказывать решающего влияния на ее динамику.

Поэтому динамические процессы, протекающие в системах электропривода, подразделяются на две группы: электромеханические, когда L » 0, то есть активное сопротивление рассматриваемой цепи значительно превышает индуктивное, и электромагнитные, когда L ¹ 0, то есть величины указанных сопротивлений соизмеримы.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Если имеется график нагрузки двигателя и известны постоянная времени нагрева Т и величина теплоотдачи А, то можно расчетным путём построить кривую нагрева машины определить его его максимальное значение и проверить, соответствует ли нагрев машины требованиям ГОСТ.

Однако опыт показывает, что постоянная времени Т и теплоотдача А не могут быть найдены с достоверной степенью точности. Поэтому пользуются более простыми и вместе с тем надежными методами выбора мощности двигателя по условиям нагревания. В соответствии с этим разнообразные графики и нагрузок приводных электродвигателей разбиты на три основных режима: длительный, кратковременный и повторно-ктратковременный, для каждого из которых разработаны удобные методы расчета мощности электродвигателей.

Читать еще:  Двигатель ваз 11194 расход масла

При длительном режиме работа двигателя происходит без перерыва, причем рабочий период настолько велик, что нагрев двигателя достигает установившейся температуры. В этом режиме механизм может работать как с постоянной нагрузкой (рис. 62, а), так и с переменной (рис. 62, 6).

При кратковременном режиме рабочие периоды чередуются с паузами (рис 62, в). Во время пауз двигатель не обязательно отключается от сети, а может работать вхолостую. Паузы в этом режиме настолько длительны, что двигатель успевает охладиться до температуры окружающей среды, а за кратковременные рабочие периоды его нагрев не достигает установившегося значения.

При повторно-кратковременном режиме (рис. 62, г) рабочие периоды чередуются с периодами останова или холостого хода, как и при кратковременном режиме, но так как длительность пауз здесь меньше, двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Поэтому к концу каждого следующего рабочего цикла температура двигателя постепенно повышается, пока не достигнет установившейся величины.

повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения ПВ — отношением продолжительности рабочего периода tp к продолжительности всего цикла tц включая и паузы t:

(345)

Обычно ПВ выражают в процентах

Рис. 62. Кривые нагрева и диаграммы нагрузки электродвигателей:

а — при продолжительной постоянной нагрузке; б — при продолжительной переменной нагрузке;

в — при кратковременной нагрузке; г — при повторно-кратковременной нагрузке

Если двигатель работает с переменными циклами, то относительную продолжительность включения определяют пи полномvпериоду, в который входит ряд неодинаковых циклов;

(346)

Σtp — продолжительность рабочих периодов;

Σtp + Σt — продолжительность всех циклов, входящих в период работы двигателя.

В СССР приняты следующие стандартные значения ПВ: 15; 25, 40 и 60%, причем ПВ = 25% принимают за номинальное значение.

Обычно при значении ПВ больше 00% режим работы двигателя считается длительным, при ПВ меньше 10% — кратковременным, а в пределах от 10 до 60% — повторно-кратковременным.

Дата добавления: 2016-06-22 ; просмотров: 1426 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

§78. Режимы работы асинхронных двигателей

Режимы работы асинхронных двигателей.

Холостой ход.

Если пренебречь трением и магнитными потерями в стали (идеализированная машина), то ротор асинхронного двигателя при холостом ходе вращался бы с синхронной частотой n=n1 в ту же сторону, что и поле статора; следовательно, скольжение было бы равно нулю. Однако в реальной машине частота вращения ротора n при холостом ходе никогда не может стать равной частоте вращения n1, так как в этом случае магнитное поле перестанет пересекать проводники обмотки ротора и в них не возникнет электрический ток.

Поэтому двигатель в этом режиме не может развить вращающего момента и ротор его под влиянием противодействующего момента сил трения начнет замедляться. Замедление ротора будет происходить до тех пор, пока вращающий момент, возникший при уменьшенной частоте вращения, не станет равным моменту, создаваемому силами трения. Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %.

При холостом ходе в асинхронном двигателе имеют место те же электромагнитные процессы, что и в трансформаторе (обмотка статора аналогична первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора—вторичной обмотке). По обмотке статора проходит ток холостого хода I, однако его значение в асинхронном двигателе из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20—40 % номинального тока по сравнению с 3—10 % у трансформатора). Для уменьшения тока I в асинхронных двигателях стремятся выполнить минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры.

Например, у двигателя мощностью 5 кВт зазор между статором и ротором обычно равен 0,2—0,3 мм. Ток холостого хода, так же как и в трансформаторе, имеет реактивную и активную составляющие. Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток) обеспечивает создание в двигателе требуемого магнитного потока, а активная составляющая — передачу в обмотку статора из сети энергии, необходимой для компенсации потерь мощности в машине в этом режиме.

Нагрузочный режим.

Чем больше нагрузочный момент на валу, тем больше скольжение и тем меньше частота вращения ротора. Увеличение скольжения при возрастании момента объясняется следующим образом. При увеличении нагрузки на валу ротора он начинает тормозиться и частота его вращения т уменьшается.

При достижении равенства моментов М = Мвн торможение прекратится и двигатель будет снова вращаться с постоянной частотой вращения, но меньшей, чем до увеличения нагрузки. При уменьшении нагрузочного момента Мвн частота вращения ротора по той же причине будет увеличиваться. Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.

При работе двигателя под нагрузкой по обмоткам его статора и ротора проходят токи i1 и i2. Частота тока в обмотках статора f1 и ротора f2 определяется частотой пересечения вращающимся магнитным полем проводников соответствующей обмотки. Обмотка статора пересекается магнитным полем с частотой n1, а обмотка вращающегося ротора — с частотой n1 — n. Следовательно,

Передача электрической энергии из статора в ротор происходит так же, как и в трансформаторе. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность Pэл = 3U1I1cosφ1 и отдает приводимому им во вращение механизму механическую мощность Рмх (рис. 260).

Рис. 260. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

В процессе преобразования энергии в машине имеют место потери мощности: электрические в обмотках статора ΔРэл1 и ротора ΔРэл2, магнитные ΔРм от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных частях машины и механические ΔРмх от трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух.

Читать еще:  Вкладыши двигателя что это такое

Из статора в ротор вращающимся электромагнитным полем передается электромагнитная мощность Pэм роторе она превращается в механическую мощность ротора Р’мх. Полезная механическая мощность на валу двигателя Pмх меньше мощности Р’мх на значение потерь мощности на трение ?Рмх.

При возрастании механической нагрузки на валу двигателя увеличивается ток I2. В соответствии с этим возрастает и ток I1 в обмотке статора.

Электромагнитный момент М создается в асинхронном двигателе в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током I2, индуцируемым им в проводниках обмотки статора. Однако в создании его участвует не весь ток I2, а только его активная составляющая I2cosφ2 (здесь φ2 — угол сдвига фаз между током I2 и э. д. с. Е2 в обмотке ротора).

Фт — амплитуда магнитного потока, созданного обмоткой статора;

cм — постоянная, определяемая конструктивными параметрами данной машины и не зависящая от режима ее работы.

Поясним физический смысл формулы (84). На рис. 261 изображен ротор двухполюсного асинхронного двигателя в развернутом виде, на котором кружками показаны поперечные сечения проводников.

Крестики и точки внутри проводников обозначают направление в них тока i2, а под проводниками — направление индуцированных э. д. с. e2, которые пропорциональны индукции В в данной точке воздушного зазора между статором и ротором. Кривая В показывает распределение вдоль окружности ротора индукции, создаваемой вращающимся магнитным полем, кривая i2 — распределение тока в проводниках, а кривая f — распределение электромагнитных сил, возникающих в результате взаимодействия тока (а с вращающимся магнитным полем.

Электромагнитный вращающий момент М, создаваемый в результате совместного действия всех сил f, будет пропорционален среднему значению электромагнитной силы fср. Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, равной 180° — φ2, приложены силы f, увлекающие ротор за вращающимся магнитным полем, а на дуге φ2 — тормозящие силы. Поэтому при неизменном токе I2 среднее значение электромагнитной силы fср, а следовательно, и электромагнитный момент М будут тем больше, чем меньше угол φ2. Электромагнитный момент М зависит от скольжения s.

Рис. 261. Распределение индукции В, тока i2 и электромагнитных сил f, действующих на проводники асинхронного двигателя

Так, при увеличении скольжения возрастает э. д. с. Е2 в обмотке ротора и ток I2. Однако одновременно уменьшается cosφ2, так как активное сопротивление обмотки ротора R2 остается неизменным, а реактивное Х2 увеличивается (возрастает частота тока f2 в обмотке ротора).

Электродвигатель: устройство и эксплуатация

Электродвигатель: устройство и эксплуатация

Электродвигатель: устройство и эксплуатация

Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую, являясь основным элементом электропривода рабочих машин.

Асинхронный электродвигатель представляет собой машину переменного тока, имеющую неподвижный статор с обмоткой и вращающийся ротор, который выполняется в зависимости от конструкции электродвигателя. Характерной особенностью асинхронного электродвигателя является неравенство частот вращения ротора и вращающегося поля статора, а также наличие у них коллектора и контактных щёток – механического преобразователя переменного тока в постоянный.

В асинхронном электродвигателе трёхфазное магнитное поле статора, индуцируемое трёхфазным переменным током, создаёт магнитное поле в роторе и, соответственно, ток в его обмотке, что в свою очередь создаёт магнитное поле ротора. В результате два магнитных поля, взаимодействуя, создают вращательный момент. ЭДС самоиндукции в обмотке статора действует встречно подводимому напряжению и ограничивает ток через обмотку. В электродвигателе постоянного тока вращательный момент создаётся постоянным магнитным полем статора и якоря (ротора). Магнитное поле статора неизменяемое (постоянное), магнитное поле якоря регулируется за счёт изменения тока якоря. Изменение параметров магнитного поля якоря и обуславливает регулировочные характеристики электродвигателя постоянного тока.

Асинхронные машины относятся к категории неявнополюсных машин, поскольку ни на статоре, ни на роторе асинхронной машины нет явно выраженных полюсов, при этом обмотки (и статора, и ротора) равномерно распределены в пазах по внутреннему периметру сердечника статора и внешнему периметру сердечника ротора.

Конструктивно асинхронные электродвигатели переменного тока подразделяются на два основных типа: с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором. Эти типы электродвигателей имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь формой выполнения ротора.

Электродвигатели постоянного тока также различаются по способу возбуждения: электродвигатели могут быть с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением, а также с использованием постоянного магнита.

Каждый электродвигатель характеризуется номинальными данными:

• Рном – номинальная мощность электродвигателя, кВт;

• Uном – номинальное напряжение электродвигателя, В;

• Iном – номинальный ток электродвигателя, А;

• nном – номинальная частота вращения, об/мин;

• cosφ — коэффициент мощности (для электродвигателей переменного тока);

• КПД – коэффициент полезного действия;

• соединение обмоток – Y (звезда) Δ (треугольник) (для трёхфазных электродвигателей переменного тока);

• класс нагревостойкости изоляции обмоток статора – F (буква обозначающая класс);

• Iном. ротора — номинальный ток ротора, А (для электродвигателей постоянного тока и переменного тока с фазным ротором);

• режим работы электродвигателя – S + цифра, обозначающая режим работы.

Электроизоляционные материалы, применяемые при изготовлении электродвигателей, разделяются на семь классов по нагревостойкости (эти же классы материалов применимы и для других электрических машин). В таблице 1 приведены значения температуры изоляции в зависимости от класса. На практике запрещается допускать перегрева электродвигателя (любой из его частей) свыше 80°С, но в аварийных режимах (когда из группы в работе остался только один электродвигатель и т.п. ситуации) можно ориентироваться на цифры в таблице 1.

Таблица 1. Предельная температура обмоток по классу изоляции

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector