Виды и классификация механических характеристик электрических двигателей

.

Из рис. 7.1 можно записать:

• или
• или
• или
• .
• Отсюда

      (7.4)

где

      (7.5) – электромеханическая
постоянная времени.

  Передаточная функция по возмущающему воздействию — моменту статической нагрузки МС, имеет вид:

Из рис. 7.1 получаем:

1.       или
2.       или
3. ,       отсюда
4.       (7.5)
5. .
6. Корни этого уравнения:
7. ,
8. где
9. .
10.   Значение m определяет колебательность разомкнутой электромеханической системы.
11.   Если m > 4, то p1= —α1; p2 = —α2.
12.   Поэтому в этом случае:
13. ; ;       (7.6)
14.   Следовательно, при m > 4 рассматриваемый
    электропривод может быть представлен в виде последовательного соединения
15. инерционных звеньев с постоянными времени Т1 и Т2.
16.   При m = 4 характеристическое уравнение системы имеет два равных
    отрицательных корня . В этом случае:
17.       (7.7)
18. где
19.   При m и электропривод
    представляет собой колебательное звено с коэффициентом затухания ξ меньшим или равным 1, уменьшающимся по мере уменьшения m.
20.   В этом случае
    можно записать:
21.       (7.8)
22. ; ;.
23.   Анализ частотных характеристик двигателей мощностью выше 10кВт показал,
    что передаточную функцию по управляющему воздействию можно представить в виде:
24.       (7.9)

т.е. заменить колебательное звено двумя апериодическими с постоянной .

  Для многих
электроприводов малой мощности m>4, при этом можно
пренебречь электромагнитной инерцией, положив Тэ»0,
тогда структурная схема асинхронного электропривода с линеаризованной

механической характеристикой будет иметь вид (рис. 7.3):

Рис. 7.3. Структурная
схема асинхронного электропривода с линеаризованной механической

характеристикой и .

  Из рис. 7.3 после элементарных преобразований:

;;;;;

получаем:

      (7.10.)

  Полученное
уравнение позволяет структурную схему асинхронной машины с линеаризованной

механической характеристикой представить в виде (рис. 7.4):

Рис. 7.4. Преобразованная структурная схема асинхронной машины с линеаризованной
механической характеристикой.

•   Из преобразованной структурной схемы видно, что при Тэ»0
  электропривод с линейной механической характеристикой приближенно можно
• представить в виде инерционного звена с постоянной времени Тм.
•   Переходную и весовую
  функции инерционного звена можно представить в виде:
•       (7.11)
•       (7.12)

  По уравнениям
(7.11) и (7.12) на рис. 7.5 построены временные характеристики электропривода при .

а)              б)

Рис.7.5. Временные характеристики электропривода при .

1.   Из полученных временных характеристик можно сделать вывод: электромеханическая постоянная
   времени Тм представляет собой время, за которое электропривод достиг бы установившейся
   скорости, двигаясь равномерно ускоренно под действием постоянного динамического
2. момента, равного начальному значению:
3.       (7.13)
4. ОГЛАВЛЕНИЕ

Механическая характеристика — электропривод

Механическая характеристика электропривода при динамическом торможении имеет явно выраженный максимум, определяемый координатами максимального момента Жм и максимального скольжения su, соответствующего этому моменту.
 

Механическая характеристика электропривода является типовой для электроприводов с подчиненным регулированием.

В зоне рабочих нагрузок электропривода, когда регулятор скорости AR работает на линейном участке своей статической характеристики, электропривод поддерживает заданную скорость вращения.

При перегрузках электропривода регулятор скорости насыщается и происходит ограничение тока статорных обмоток и момента двигателя.
 

Механическая характеристика электроприводов подъема экскаватора для одного из положений сельсииного командоаппарата приведена на рис. 3 — 29 в. Системы управления обеспечивают надежное стопорение электропривода и возможность получения характеристик любой жесткости, что соответствует требованиям различных механизмов экскаваторов.
 

Если механическая характеристика электропривода не соответствует характеристике механизма, происходит завышение номинальной мощности, и, следовательно, увеличиваются массы, габаритные размеры и стоимость двигателя.
 

Жесткость механических характеристик электропривода обеспечивается наличием обратных связей по току и напряжению.

При минимальной скорости вращения обратная связь по току максимальна, а по мере увеличения скорости вращения она ослабляется.

Так как к работе привода предъявляются повышенные требования в отношении жесткости механических характеристик, в схеме применено стабилизированное питание.
 

Графическое определение — .| Механические характеристики асинхронного двигателя МТН 312 — 6 при изменении напряжения питания ( ПВ 40 %.

Расчеты механических характеристик электроприводов и сопротивлений резисторов

Схемы двухтокового питания.

Получение механических характеристик электроприводов постоянного и переменного тока при параметрическом регулировании достигается за счет введения сопротивлений в цепи обмоток двигателей. Для крановых электроприводов практическое применение имеют схемы с использованием только активных сопротивлений.
 

Нагрузочная диаграмма электропривода.

• Нарисовать механическую характеристику электропривода, когда задан полный сигнал задания вперед, а момент статической нагрузки изменяется от ММАХ до — ММАХ — Нарисовать внешнюю характеристику En f ( M) в тех же квадрантах.
   
• Построить механическую характеристику электропривода, когда момент упора My 2 — Мн, а скорость холостого хода соответствует частоте напряжения на статоре 10 Гц.
   
• Возможно формирование практически любых механических характеристик электропривода, вплоть до характеристик, аналогичных глубокорегулируемому реверсивному электроприводу постоянного тока с обратной связью по скорости.
   

Статические характеристики асинхронного электропривода.

Формирование горизонтального участка механической характеристики электропривода осуществляется в контуре регулирования скорости путем изменения величины сигнала L / PC в функции ошибки ( то есть разницы напряжений задатчи-ка ЗИ и датчика скорости ДС) по скорости. Этот режим возможен, когда регулятор скорости работает на линейном участке своей статической характеристики, то есть напряжение на его выходе меньше напряжения, задаваемого блоком ограничения БО.
 

Подбор электродвигателя

Качество работы современного электропривода во многом определяется правильным выбором используемого электрического двигателя, что в свою очередь обеспечивает продолжительную надёжную работу электропривода и высокую эффективность технологических и производственных процессов в промышленности, на транспорте, в строительстве и других областях.

При выборе электрического двигателя для привода производственного механизма руководствуются следующими рекомендациями:

• Исходя из технологических требований, производят выбор электрического двигателя по его техническим характеристикам (по роду тока, номинальным напряжению и мощности, частоте вращения, виду механической характеристики, продолжительности включения, перегрузочной способности, пусковым, регулировочным и тормозным свойствами др.), а также конструктивное исполнение двигателя по способу монтажа и крепления.
• Исходя из экономических соображений, выбирают наиболее простой, экономичный и надёжный в эксплуатации двигатель, не требующий высоких эксплуатационных расходов и имеющий наименьшие габариты, массу и стоимость.
• Исходя из условий окружающей среды, в которых будет работать двигатель, а также из требований безопасности работы во взрывоопасной среде, выбирают конструктивное исполнение двигателя по способу защиты.

Правильный выбор типа, исполнения и мощности электрического двигателя определяет не только безопасность, надёжность и экономичность работы и длительность срока службы двигателя, но и технико-экономические показатели всего электропривода в целом.

Классификация электроприводов

По количеству и связи исполнительных, рабочих органов:

• Индивидуальный, в котором рабочий исполнительный орган приводится в движение одним самостоятельным двигателем, приводом.
• Групповой, в котором один двигатель приводит в действие исполнительные органы РМ или несколько органов одной РМ.
• Взаимосвязанный, в котором два или несколько ЭМП или ЭП электрически или механически связаны между собой с целью поддержания заданного соотношения или равенства скоростей, или нагрузок, или положения исполнительных органов РМ.
• Многодвигательный, в котором взаимосвязанные ЭП, ЭМП обеспечивают работу сложного механизма или работу на общий вал.
• Электрический вал, взаимосвязанный ЭП, в котором для постоянства скоростей РМ, не имеющих механических связей, используется электрическая связь двух или нескольких ЭМП.

По типу управления и задаче управления:

• Автоматизированный ЭП, управляемый путём автоматического регулирования параметров и величин.
• Программно-управляемый ЭП, функционирующий через посредство специализированной управляющей вычислительной машины в соответствии с заданной программой.
• Следящий ЭП, автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа РМ с заданной точностью в соответствии с произвольно меняющимся сигналом управления.
• Позиционный ЭП, автоматически регулирующий положение исполнительного органа РМ.
• Адаптивный ЭП, автоматически избирающий структуру или параметры устройства управления с целью установления оптимального режима работы.

По характеру движения:

• ЭП с вращательным движением.
• Линейный ЭП с линейными двигателями.
• Дискретный ЭП с ЭМП, подвижные части которого в установившемся режиме находятся в состоянии дискретного движения.

По наличию и характеру передаточного устройства:

• Редукторный ЭП с редуктором или мультипликатором.
• Электрогидравлический с передаточным гидравлическим устройством.
• Магнитогидродинамический ЭП с преобразованием электрической энергии в энергию движения токопроводящей жидкости.

По роду тока:

• Переменного тока.
• Постоянного тока.

По степени важности выполняемых операций:

• Главный ЭП, обеспечивающий главное движение или главную операцию (в многодвигательных ЭП).
• Вспомогательный ЭП.
• Привод передач.

Характеристики привода

Статические характеристики

Под статическими характеристиками чаще всего подразумеваются электромеханическая и механическая характеристика.

Механическая характеристика

Механическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала от электромагнитного момента M (или от момента сопротивления Mc). Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Электромеханическая характеристика двигателя

Электромеханическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала ω от тока I.

Динамическая характеристика электропривода — это зависимость между мгновенными значениями двух координат электропривода для одного и того же момента времени переходного режима работы.

( 1 оценка, среднее 1 из 5 )

Классификация электродвигателей постоянного тока и их механические характеристики

По способу создания магнитного потока различают электродвигатели с постоянными магнитами и электромагнитами. Электродвигатели с постоянными магнитами в силу относительно слабого магнитного потока изготовляют только небольшой мощности. Их используют в системах управления в качестве серводвигателей.

Для привода рабочих машин применяются двигатели с электромагнитами, которые по способу включения обмоток, называемых обмотками возбуждения, подразделяются на двигатели с независимым (рис. 2.1, а), параллельным (рис. 2.1, б), последовательным (рис. 2.1, в) и смешанным (рис. 2.1, г) возбуждением.

Различие между двигателями с независимым и параллельным возбуждением заключается в том, что у первого обмотка возбуждения LM1 и якорь М питаются от различных источников постоянного тока, а у второго LM2 и М — от одного. Напряжение возбуждения у двигателей с независимым возбуждением может быть равным напряжению приложенному к якорю, и отличным от него.

У крупных двигателей в большинстве случаев напряжение возбуждения меньше напряжения, приложенного к якорю.

У двигателя с последовательным возбуждением обмотка возбуждения LM3 включена последовательно с якорем М. Напряжение возбуждения меньше напряжения, приложенного к якорю.
Двигатели с параллельным и последовательным возбуждением можно рассматривать как частный случай двигателя со смешанным возбуждением, имеющего 2 обмотки возбуждения LM2 и LM3. В цепь якоря включают пусковой реостат R1, а в цепь возбуждения регулирующий—R2. Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость частоты вращения от вращающего момента на его валу при неизменной схеме включения и постоянных параметрах питающей сети и элементов цепей якоря и возбуждения.

Характеристика называется естественной, если напряжение сети равно нормальному, а сопротивления реостатов R1 и R2 равны нулю (R1 = 0; R2 = 0), в противном случае характеристика называется искусственной.

Аналитическое выражение механической характеристики двигателя может быть получено из соотношений, приведенных в курсе общей электротехники:

Для этого определим ток якоря

и, подставив его в формулу для частоты вращения якоря, получим уравнение механической характеристики двигателя:

При вращающем моменте М = 0

т. е. получим частоту вращения идеального холостого хода nx.
У двигателей с независимым и параллельным возбуждением последовательная обмотка отсутствует (см. рис. 2.1, а и б),

поэтому магнитный поток, если пренебречь реакцией якоря не зависит от тока якоря и при изменении вращающего момента двигателя остается постоянным: Ф = const. Следовательно, для этих двигателей уравнение механической характеристики может быть записано так:

где b — угловой коэффициент характеристики;

Значение углового коэффициента b можно получить другим путем.

При вращающем моменте заторможенного двигателя М = Мп (М п — пусковой момент двигателя) частота вращения n = 0. Тогда 0 = nx — bМп и угловой коэффициент b = nx/Мп.

В этом случае механическая характеристика будет

Как видно из формул (2.1) и (2.2), механическая характеристика двигателей с независимым и параллельным возбуждением представляет собой прямую линию с угловым коэффициентом b (рис. 2.2, кривая 1), где b = tgβ.

У двигателя с последовательным возбуждением обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, поэтому его магнитный поток является функцией тока якоря и механическая характеристика имеет вид гиперболы (кривая 2). При идеальном холостом ходе частота вращения неограниченно увеличивается. У реальных двигателей при номинальном режиме магнитная система близка к насыщению. Это вносит определенные искажения в форму механической характеристики, которая при перегрузках двигателя приближается к прямой линии,поскольку при насыщении магнитный поток становится практически постоянным и не зависит от момента. Механическая характеристика двигателя со смешанным возбуждением (кривая 3) занимает промежуточное положение между механическими характеристиками двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. У него, как и у двигателей с параллельным и независимым возбуждением, частота вращения идеального холостого хода имеет определенное значение

где Ф1 — магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой возбуждения. Его механическая характеристика криволинейна вследствие изменения магнитного потока, вызванного влиянием последовательной обмотки возбуждения. Анализируя механические характеристики электродвигателей постоянного тока с различными способами включения обмоток возбуждения, можно прийти к выводу, что с изменением вращающего момента на валу электродвигателя его частота вращения изменяется незначительно у двигателя с параллельным возбуждением и в большей степени у двигателя с последовательным возбуждением. Мощность, развиваемая электродвигателем,

где w — угловая скорость двигателя. Следовательно, мощность, потребляемая из сети, у двигателя с последовательным возбуждением изменяется меньше. Поэтому механическую характеристику двигателя с параллельным возбуждением называют жесткой, а характеристику двигателя с последовательным возбуждением — мягкой.

Характеристика двигателя со смешанным возбуждением обладает меньшей жесткостью, чем характеристика двигателя с параллельным возбуждением, но большей, чем характеристика двигателя с последовательным возбуждением.

Механические характеристики электродвигателей

• Понятие «механическая характеристика электродвигателя» было приведено выше.
• Повторим и разовьем это понятие.
• Механической характеристикой двигателя, независимо от рода тока, называют зави
• симость угловой скорости вала двигателя ω ( далее – двигателя ) от электромагнитного мо

мента двигателя М, т.е зависимость ω (М).

Здесь следует сделать важное замечание: в соответствии с уравнением моментов

1. величиной статического момента механизма. Это означает, что величина электромагнит-
2. ного момента двигателя полностью зависит от момента механизма – чем больше тормоз-
3. ной момент механизма, тем больше вращающий момент двигателя, и наоборот. Иначе го-
4. воря, для любого двигателя входной величиной является момент механизма, а выходной – его скорость.
5. Различают естественные и искусственные механические характеристикиэлектро
6. двигателей.

Естественная механическая характеристика — это зависимость ω ( М ), снятая при нормальных условиях работы двигателя, т.е. при номинальных параметрах питающей сети и отсутствии добавочных резисторов в цепях обмоток двигателей.

• К параметрам питающей сети относят:: на постоянном токе – напряжение, на пере-
• менном – напряжение и частота тока.
• Характеристики, снятые при условиях, отличных от нормальных, называют искус-
• ственными.
• Искусственные характеристики можно получить путем изменения параметров само
• го двигателя, например, путем введения резисторов в цепь обмотки якоря двигателя посто
• янного тока или в цепь обмотки статора асинхронного двигателя, либо изменением пара-

метров питающей сети, т.е. напряжения и частоты переменного тока.

1. Каждый электродвигатель имеет одну естественную и множество искусственных
2. характеристик. Число последних зависит от числа ступеней регулирующего элемента, на-
3. пример, числа ступеней регулировочного реостата в цепи обмотки якоря двигателя посто-
4. янного тока. Если у двигателя таких ступеней – пять, то такой двигатель имеет шесть ха-
5. рактеристик – пять искусственных и одну естественную.
6. Искусственные механические характеристики применяются для получения таких режимов работы двигателя, как регулирование скорости, реверс, электрическое торможе
7. ние, и др.
8. Рассмотрим естественные механические характеристики двигателей разных типов.

Рис. 8.4. Естественная механическая ( а ) и угловая ( б ) характеристики синхрон

ного двигателя; θ – угол отставания оси ротора от оси магнитного поля обмотки статора

Естественная механическая характеристика синхронного двигателя ( рис. 8.1, а ) – абсолютно жесткая, потому что ее жесткость

β = ΔМ / Δω = ΔМ / 0 = ∞.

Иначе говоря, при изменении электромагнитного момента М двигателя в широких пределах скорость двигателя не изменяется.

Cтабильность скорости ротора синхронного двигателя объясняется при помощи угловой характеристики синхронного двигателя θ ( М ) следующим образом ( рис.8.14, б ).

Если механическая нагрузка к ротору не приложена, то оси ротора и вращающегося магнитного поля обмотки статора совпадают, т.е. θ = 0° ( точка 0 на рис. 8.14, б ). Электромагнитный момент двигателя М = 0, двигатель работает в режиме холостого хода.

Если приложить к валу двигателя механическую нагрузку и увеличивать ее, то ро-

тор под действием механической нагрузки станет отставать от магнитного поля обмотки статора на все больший угол θ. Чем больше механическая нагрузка на валу, тем больше этот угол и тем больше вращающий электромагнитный момент двигателя.

Такое одновременное увеличение вращающего момента двигателя, вызываемое уве

Однако постоянство скорости двигателя сохраняется до тех пор, пока угол θ≤90°.

• Если при θ = 90° вновь увеличить механическую нагрузку ( θ > 90° ), электромаг-
• нитный момент двигателя станет уменьшаться ( отрезок АВ угловой характеристики ), т.е
• этот момент окажется меньше тормозного момента механизма. В результате скорость рото
• ра двигателя станет уменьшаться, и в конце концов ротор остановится.
• Поскольку при этом скорость ротора меньше скорости вращающегося магнитного поля обмотки статора, говорят, что двигатель выпал из синхронизма.
• Как следует из угловой характеристики двигателя, условие выпадения двигателя из синхронизма такое: : θ≤90°.

1. Область применения синхронных двигателей: на судах – в качестве гребных элект-
2. родвигателей, вращающих винты; на берегу – для привода мощных механизмов, напри-
3. мер, компрессоров на газоперекачивающих станциях.

Рис. 8.5. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока паралель-

ного возбуждения ( рис. 8.5 ) – жесткая, потому что ее жесткость

β = ΔМ / Δω ≤ 10%.

Это означает, что при изменении электромагнитного момента двигателя в широких пределах его скорость достаточна стабильна ( т.е. изменяется незначительно ).

Такие двигатели применяются там, где при изменении нагрузки механизма в широ-

ких пределах скорость двигателя не должна изменяться резко — в электроприводах насо-

сов, вентиляторов и т.п.

Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последова-

тельного возбуждения ( рис. 8.6 ) – мягкая, потому что ее жесткость

• β = ΔМ / Δω > 10%.
• Это означает, что при изменении электромагнитного момента двигателя даже в не-
• больших пределах его скорость изменяется значительно.

Рис. 8.6. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Напомним две характерные особенности этого двигателя:

1. при уменьшении механической нагрузки на валу или ее отсутствии ( М = М)

скорость двигателя резко увеличивается, двигатель «идет вразнос». Поэтому этот двига-

тель нельзя оставлять без нагрузки на валу;

1. При пуске двигатель развивает пусковые моменты Мгораздо большие, чем у дви-

гателей других типов.

Эти двигатели не применяются на судах, но применяются на берегу, например, в электротранспорте, в частности, в троллейбусах, где они не остаются без нагрузки на валу и где нужны большие пусковые моменты ( при трогании троллейбуса с места ).

Рис. 8.7. Естественные механическиея характеристики двигателей постоянного тока смешанного возбуждения: 1- с параллельно-последовательным возбуждением;

1. 2 — с последовательно- параллельным возбуждением
2. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанно-
3. го возбуждения является промежуточной между характеристиками двигателей паралель-

ного и последовательного возбуждения, т.к. магнитный поток возбуждения создается сов-

• местным действием обеих обмоток – параллельной и последовательной.
• Различают два вида двигателей смешанного возбуждения:
• 1. с параллельно-последовательным возбуждением, у которых основную часть ре-
• зультирующего магнитного потока создает параллельная обмотка ( до 70%, остальные 30% — последовательная );
• 2. с последовательно- параллельным возбуждением, у которых основную часть ре-
• зультирующего магнитного потока создает последовательная обмотка ( до 70%, остальные 30% — параллельная ).
• Поэтому график механической характеристики двигателя первого вида более жест-кий, чем у двигателя второго вида.
• Обе механические характеристики — мягкие, потому что их жесткость
• β = ΔМ / Δω = ΔМ / 0 > 10%.
• На судах двигатели смешанного возбуждения применяются в регулируемых элект-
• роприводах – лебедках, кранах, брашпилях и шпилях.

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя имеет два участка – нерабочий ( разгонный ) АВ и рабочий ВСD ( рис. 8.8 ).

Рис. 8.8. Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

При пуске двигатель развивает пусковой момент М( отрезок ОА ), после чего раз

гоняется по траектории АВС до точки С. При этом на участке АВ одновременно увеличи-

ваются как скорость, так и момент, в точке В двигатель развивает максимальный момент М. На участке ВС скорость продолжает увеличиваться, а момент уменьшается, вплоть до номинального ( точка С ). На участке BC двигатель перегружен, т.к. в любой точке этого участка электромагнитный момент двигателя больше номинального ( М >

1. > М).
2. В нормальних условиях двигатель работает на участке СD, жесткость которого
3. β = ΔМ / Δω < 10%.
4. Это означает, что при изменении момента в широких пределах скорость двигателя изменяется незначительно.
5. Асинхронные двигатели нашли самое широкое применение на судах с электростан-
6. цией на переменном токе.
7. Промышленность выпускает специально для судов асинхронные двигатели разных
8. серий, например, 4А…ОМ2 ( четвертая серия асинхронных двигателей ), МАП ( морской асинхронный полюсопереключаемый ), МТF ( c фазным ротором ) и др.
9. При этом двигатели серии 4А – односкоростные, серии МАП – двух- и трехскорост
10. ные, серии МТF – число скоростей определяется схемой управления ( до 5 скоростей ).

Danfoss Drives

Электродвигатель – устройство для преобразования электроэнергии во вращательное движение вращающейся части электрической машины.

Преобразование энергии в двигателях происходит за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и ротора.

Эти электрические машины широко используются во всех отраслях промышленности, в качестве привода электротранспорта и инструментов, в системах автоматизации, бытовой техники и так далее.

Существует множество видов электродвигателей, различающихся по принципу действия, конструкции, исполнению и другим признакам. Рассмотрим основные типы этих электрических машин.

По принципу действия различают магнитоэлектрические и гистерезисные электрические машины. Несмотря на простоту конструкции, высокий пусковой момент, последние не получили широкого распространения. Эти электродвигатели имеют высокую цену, низкий коэффициент мощности, ограничивающие их применение. Подавляющее большинство выпускаемых электродвигателей – магнитоэлектрические.

По типу напряжения питания различают:

• Электродвигатели постоянного тока.
• Двигатели переменного тока.
• Универсальные электрические машины.

По конструкции различают электродвигатели с горизонтально и вертикально расположенным валом. Кроме того, электрические машины классифицируют по назначению, климатическому исполнению, степени защиты от попадания влаги и посторонних предметов, мощности и другим параметрам.

Классы электродвигателей:

• Постоянного тока
• Бесщеточные ЕС (электронно-коммутируемые)
• Со щетками
• С последовательным возбуждением
• С параллельным возбуждением
• Со смешанным возбуждением
• С постоянными магнитами

• Переменного тока
• Универсальные
• Синхронные
• Индукционные

Таблица классификации электронных двигателей:

Электродвигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока широко применяются в качестве привода электротранспорта, промышленного оборудования, а также микропривода исполнительных механизмов. Такие электрические машины обладают следующими преимуществами:

• Возможность регулировки частоты вращения путем изменения напряжения в обмотке возбуждения. При этом крутящий момент на валу ДПТ (двигатели постоянного тока) остается неизменным.
• Высокий к.п.д. (коэффициент полезного действия) у машин постоянного тока несколько выше, чем у самых распространенных асинхронных двигателей переменного тока. При неполной нагрузке на валу к.п.д. ДПТ выше на 10-15%.
• Возможность изготовления ДПТ небольших габаритов. Практически все используемые микроприводы рассчитаны на постоянный ток.
• Простота схем управления. Для пуска, реверса и регулирования скорости и момента не требуется сложного электронного оборудования и большого количества аппаратов для коммутации.
• Возможность работы в режиме генератора. Электродвигатели такого типа можно использовать в качестве источников постоянного тока.
• Высокий пусковой момент. ДПТ используют в составе электроприводов кранов, тяговых и грузоподъемных механизмов, где требуется запуск под значительной нагрузкой.

ДПТ различают по способу возбуждения, они бывают:

• С постоянными магнитами. Такие двигатели отличаются малыми габаритами. Основная область их применения – микроприводы.
• С электромагнитным возбуждением.

Электрические машины с электромагнитами такого типа получили самое широкое распространение. Их классифицируют по способу подключения обмотки статора:

• Двигатели с параллельным возбуждением. Обмотки якоря и статора в электрической машине такого типа соединены параллельно. Такие электрические машины не требуют дополнительного источника питания для обмотки возбуждения, скорость вращения ротора практически не зависит от нагрузки. Их используют для привода металлорежущих станков и другого оборудования.
• Электродвигатели с последовательно включенной обмоткой статора. ДПТ этого типа имеют значительный пусковой момент. Их применяют в качестве привода электротранспорта и промышленных установок с необходимостью пуска под нагрузкой.
• Двигатели с независимым возбуждением. Для питания обмотки статора таких электромашин используется независимый источник постоянного тока. ДПТ такого типа отличаются широким диапазоном регулирования скоростей.
• Электрические машины со смешанным возбуждением. Электромагнит возбуждения в таких двигателях поделен на 2 части. Одна из них включена параллельно, вторая последовательно обмотке якоря. Электрические машины такого типа используются в механизмах и оборудовании, где необходим высокий пусковой момент, а также переменная и постоянная скорость при переменном моменте.

Электродвигатели переменного тока

Электрические машины такого типа широко используют для приводов всех типов технологического оборудования, электроинструментов, автоматических регуляторов. По наличию разности между скоростью вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора различают синхронные и асинхронные двигатели.

Асинхронные электродвигатели

Благодаря дешевизне и простоте конструкции электрические машины такого типа получили самое широкое распространение. Их принципиальное отличие – наличие так называемого скольжения. Это разность между частотой вращения магнитного поля неподвижной части электрической машины и скоростью вращение ротора.

Напряжение на вращающейся части индуцируется за счет переменного магнитного поля обмоток статора двигателя. Вращение вызывает взаимодействие поля электромагнитов неподвижной части и магнитного поля ротора, возникающего под влиянием наведенных в нем вихревых токов.

По особенностям обмоток статора выделяют:

• Однофазные двигатели переменного тока. Двигатели такого типа требуют для пуска наличия внешнего фазосдвигающего элемента. Это может быть пусковой конденсатор или индуктивное устройство. Область применения однофазных двигателей – маломощные приводы.
• Двухфазные электрические машины. Такие двигатели имеют 2 обмотки со смещенными относительно друг друга фазами. Их также используют для бытовых устройств и оборудования, имеющего небольшую мощность.
• Трех- и многофазные электродвигатели. Наиболее распространенный тип асинхронных машин. Электрические двигатели такого типа имеют от 3-х и более обмоток статора, сдвинутых по фазе на определенный угол.

По конструкции ротора асинхронные электрические машины делят на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.

Обмотка ротора электрических машин первого типа представляет собой несколько неизолированных стержней, выполненных из сплавов меди или алюминия, замкнутых с двух сторон кольцами (конструкция “беличья клетка”). Асинхронные двигатели такого типа обладают следующими преимуществами:

• Достаточно простая схема пуска. Такие электрические машины можно подключать непосредственно к электрической сети через аппараты коммутации.
• Допустимость кратковременных перегрузок.
• Возможность изготавливать электрические машины высокой мощности. Двигатель такого типа не содержит скользящих контактов, препятствующих наращиванию мощности.
• Относительно простое ТО и ремонт. Асинхронные электромашины имеют несложную конструкцию.
• Невысокая цена. Двигатели асинхронного типа стоят дешевле синхронных машин и ДПТ.

Электрические машины с короткозамкнутым ротором имеют свои недостатки:

• Предельная скорость вращения составляет не более 3000 об/мин при входе в синхронный режим.
• Технически сложная реализация регулирования частоты вращения.
• Высокие пусковые токи при прямом запуске.

Электродвигатели с фазным ротором частично лишены недостатков, присущих машинам с ротором конструкции “беличья клетка”. Вращающаяся часть электрической машины такого типа имеет обмотки, соединенные в схему “звезда”. Напряжение подводится к обмотке через 3 контактных кольца, закрепленных на роторе и изолированных от него.

Такие электродвигатели обладают следующими достоинствами:

• Возможность ограничивать пусковые токи при помощи резистора, включенного в цепь электромагнитов ротора.
• Больший, чем у электромашин с короткозамкнутым ротором, пусковой момент.
• Возможность регулировки скорости.

Недостатками таких двигателей являются относительно большие габариты и масса, высокая цена, более сложный ремонт и сервисное обслуживание.

Синхронные двигатели переменного тока

Как и в асинхронных электродвигателях, вращение ротора в синхронных машинах достигается взаимодействием полей ротора и статора. Скорость вращения ротора таких электрических машин равна частоте магнитного поля, создаваемого обмотками статора.

Обмотка неподвижной части двигателя рассчитана на питание от трехфазного напряжения. К электромагнитам ротора подключается постоянное напряжение. Различают явнополюсные и неявнополюсные обмотки. В синхронных двигателях малой мощности используют постоянные магниты.

Запуск и разгон синхронной машины осуществляется в асинхронном режиме. Для этого на роторе двигателя имеется обмотка конструкции “беличья клетка”. Постоянное напряжение подается на электромагниты только после разгона до номинальной частоты асинхронного режима. Синхронные двигатели имеют следующие особенности:

• Постоянная скорость вращения при переменной нагрузке.
• Высокий к.п.д. и коэффициент мощности.
• Небольшая реактивная составляющая.
• Допустимость перегрузки.

К недостаткам синхронных электродвигателей относятся:

• Высокая цена, относительно сложная конструкция.
• Сложный пуск.
• Необходимость в источнике постоянного напряжения.
• Сложность регулировки скорости вращения и момента на валу.

Все недостатки электрических машин переменного тока можно исправить установкой устройства плавного пуска или частотного преобразователя. Обоснование выбора того или иного устройства обусловлено экономической целесообразностью и требуемыми характеристиками электропривода.

Универсальные двигатели

В отдельную группу выделяют универсальные электродвигатели, которые могут работать от сети переменного тока и от источников постоянного напряжения. Они используются в электроинструментах, бытовой технике, а также других маломощных устройствах. Конструкция такой электрической машины принципиально не отличатся от двигателя постоянного тока.

Главное отличие – конструкция магнитной системы и обмоток ротора. Магнитная система состоит из изолированных друг от друга секций для снижения магнитных потерь. Обмотка ротора такой машины поделена на 2 части. При питании от переменного тока напряжение подается только на ее половину.

Это делается в целях снижения радиопомех, улучшения условий коммутации.

К преимуществам таких машин относятся:

• Высокая скорость вращения. Универсальные электродвигатели развивают скорость до 10 000 об/мин и более.
• Питание от переменного и постоянного напряжения. Двигатели такого типа широко применяют для электроинструментов, имеющих дополнительные аккумуляторные батареи.
• Возможность регулирования скорости без использования дополнительных устройств.

Однако, такие электромашины имеют свои недостатки:

• Ограниченная мощность.
• Необходимость обслуживания коллекторного узла.
• Тяжелые условия коммутации при питании от переменного напряжения из-за наличия трансформаторной связи между обмотками.
• Электромагнитные помехи при подключении к сети переменного тока.

Каждый тип двигателя имеет свои достоинства и недостатки. Выбор электрической машины для привода любого оборудования делается исходя из условий эксплуатации, требуемой частоты вращения, экономической целесообразности, типа нагрузки и других параметров.

Характеристики электродвигателей

Правильный  выбор электродвигателя для производственного механизма – залог его нормальной и экономичной работы. Если электродвигатель подобран правильно, это упростит систему управления электроприводом и возможно удешевит стоимость электропривода. Как известно электропривод должен обеспечивать не только постоянство установившихся значений (скорость, момент), но и динамических (переходных процессов, таких как ускорение, тормозной момент, пусковой момент и т.д.).

Основным критерием для подбора электродвигателей используют зависимость, на которой отображают значение момента М электродвигателя и скорости вращения вала n при действии этого момента.

Такая зависимость имеет название механическая характеристика n=f(M).

По механическим характеристикам производят анализ электромеханических свойств двигателя, а также оценивают целесообразность применения его для различного рода механизмов и устройств. Они могут быть двух видов: естественные и искусственные.

Естественные механические характеристики: они снимаются при влиянии на двигатель номинальных параметров (номинальный ток, сопротивление обмоток, напряжение, момент сопротивления и т.д.). То есть двигатель подключается к источнику питания без каких-либо преобразовательных устройств – прямым включением.

Искусственные механические характеристики: их снимают при введении в цепь двигателя дополнительных элементов (резистор добавочный) или при пониженном напряжении питания, частоте (если двигатель переменного напряжения) и т.д. То есть на механическую характеристику двигателя производят искусственное влияние.

• 
• Также различают механические характеристики по изменению скорости вращения вала в зависимости от увеличения момента. Они оцениваются по жесткости:
• и крутизне наклона:

Чтоб определить жесткость механической характеристики необходимо знать изменение скорости и момента на заданном участке зависимости n=f(M). Соответственно все расчеты жесткости ведутся либо в процентах, либо в относительных единицах.

Также механические характеристики можно отсортировать по группам:

• Абсолютно жесткая – при изменении момента нагрузки, скорость вращения вала остается неизменной. Как пример – характеристика синхронной машины.

• Жесткая – когда скорость уменьшается немного при увеличении момента нагрузки. Как пример, двигатели постоянного тока независимого возбуждения ДПТ НВ или линейная часть характеристики асинхронного двигателя.
• Мягкая – при увеличении момента нагрузки изменения в скорости вращения довольно существенные. К таким относят двигатели постоянного тока последовательного возбуждения ДПТ ПВ.

Ниже приведен график различных механических характеристик электродвигателей:

1. – это абсолютно жесткая синхронной машины
2. – жесткая ДПТ НВ
3. —  мягкая ДПТ ПВ
4. – мягкая ДПТ смешанного возбуждения
5. – асинхронного двигателя

Подбор электродвигателя определяется требованиями производственных механизмов. В таком производстве как прокатка металла, изготовление бумаги или картона, требуется четкое поддержание постоянства скорости, а такие механизмы, как подъемные и транспортные, не требуют жестких характеристик (в тяговых электроприводах используется ДПТ ПВ, также он применяется в некоторых крановых механизмах).

Тема лекции 10 Механические характеристики электродвигателей план лекции

1.Естественные и искусственные механические характеристики электродвигателей

1. Жесткостьмеханических характеристик

2. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

3. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

4. Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

5. Механическая характеристика синхронного двигателя.Область применения синхронных двигателей на судах

Механической
характеристикой двигателя, независимо
от рода тока, называют зависимость
угловой скорости вала электродвигателя
ω (далее – двигателя) от электромагнитного
момента двигателя ,
т.е зависимость ω ().

Здесь
следует сделать важное замечание: в
соответствии с уравнением моментов, в
установившемся режиме =

png»>,
электромагнитный момент двигателя
уравновешивается
статическим
моментом
(моментом
сопротивления)
механизма.

Это означает, что величина
электромагнитного момента двигателя
полностью зависит от момента механизма
–
чем больше тормозной момент механизма,
тем больше вращающий момент двигателя,
и наоборот.

То
есть, для
любого двигателя входной величиной
является момент механизма, а выходной
– его скорость.

Скорость
почти всех электродвигателей является
убывающей функцей момента двигателя,
то есть с увеличением момента скорость
уменьшается [чил 33]. Но степень изменения
скорости у разных электродвигателей
различна и характерезуется
параметром
жесткость
механические
характеристик.

• Жёсткость
  механические
  характеристик электропривода
  β–
  это
  отношение разности электромагнитных
  моментов двигателя при разных скоростях
  к соответствующуй разности угловых
  скоростей электропривода.
• β
  = (М2
  –
  М1)/(
  ω2
  –
  ω1)=
  Δ/ Δω
• Обычно
  на рабочих участках механические
  характеристикиэлектродвигателей
  имеют отрицательную жёсткость β
  < 0, так как( ω2< ω1,
• М1