Характеристики двигателей и рабочих механизмов

Электрический привод получил широкое применение в крановых механизмах благодаря следующим особенностям и преимуществам: индивидуальный, привод каждого механизма крана, простота конструкции привода механизма и надежность его работы, высокая экономичность и удобство управления, простота реверсирования механизмов и регулирования скорости рабочих движений крана в значительном диапазоне, возможность работы со значительными кратковременными перегрузками, простота конструкции, установки и высокая надежность устройств безопасности и др.

К недостаткам привода следует отнести его неавтономность, в результате чего грузоподъемный кран требует подключения его к общей промышленной электрической сети. Применительно к грузоподъемным кранам, работающим на машиностроительных предприятиях, указанный недостаток не столь существен, так как предприятия всегда имеют централизованное энергоснабжение.

Регулирование скоростей рабочих движений кранов связано с регулированием механических характеристик электродвигателя. Для грамотного управления краном необходимо уяснить происходящие в электродвигателе физические процессы. Поэтому перед рассмотрением конкретных схем управления крановыми механизмами необходимо более подробно изучить основные процессы регулирования двигателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис. 37. Схема ступенчатого увеличения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя серии МТ

Частота вращения ротора асинхронного двигателя трехфазного переменного тока при постоянном сопротивлении его цепи (короткозамкнутый ротор) практически не изменяется в зависимости от момента внешней нагрузки во всем диапазоне от режима холостого хода до полной нагрузки. При этом механическая характеристика такого двигателя (зависимость между крутящим моментом М, развиваемым двигателем, и частотой вращения ротора п — жесткая в рабочей части, рис. 36, кривая 2). Обмотку статора электродвигателя с корот- козамкнутым ротором включают непосредственно в электрическую сеть, а так как сопротивление ротора — минимально, то в нем и в обмотке статора в период пуска (неустановившегося движения разгона ротора) течет ток большей величины. Величина пускового тока и момента М в 4…6 раз превышает величину номинального рабочего тока (момента) при установившейся частоте вращения ротора. Максимальную нагрузку на асинхронный двигатель ограничивает величина критического (опрокидывающего) момента двигателя Мтах.

Основные недостатки электродвигателей с короткозамкнутый ротором следующие: – высокие значения пускового момента; – все пусковые потери энергии преобразуются в тепловую энергию и идут на нагрев обмотки двигателя; – невозможность регулирования частоты вращения ротора вызывает необходимость повышения числа включений привода, что также повышает нагрев электродвигателя.

Рис. 36. Механические характеристики асинхронных
электродвигателей: 1 — серии МТ, 2 — серии МТК; по — частота вращения ротора без нагрузки, Мтах — опрокидывающий момент двигателя

Указанных недостатков лишен асинхронный двигатель с фазным ротором, сопротивление в цепи которого — переменно. Этот двигатель также имеет жесткую механическую характеристику (рис. 36).

Указанные механические характеристики органически присущи каждому типу электродвигателя, являются единственными и потому их называют естественными в отличие от семейства других характеристик, получаемых искусственным путем за счет изменения режима работы двигателя благодаря введению в электропривод дополнительных элементов и называемых искусственными. Вводя в цепь ротора дополнительные сопротивления, можно уменьшить величину тока в обмотке статора и соответственно величину пускового момента двигателя.

Обмотку статора электродвигателя с фазным ротором включают непосредственно в электрическую сеть, а в цепь его ротора включают регулируемые сопротивления (резисторы). В зависимости от величины сопротивления, включенного в цепь ротора, увеличение частоты его вращения будет осуществляться по одной из искусственных характеристик. В начальный момент сила тока ограничена максимальным сопротивлением и частота вращения ротора возрастает от нуля до п по участку а — б наиболее крутой искусственной характеристики (рис. 37). При достижении частоты вращения п сопротивление в цепи ротора уменьшают (сила тока возрастает) и двигатель переходит на другую более пологую искусственную характеристику 2, по которой частота вращения ротора увеличивается до п2. Затем сопротивление в цепи ротора опять уменьшают (отключают часть резисторов), сила тока возрастает и частота вращения ротора увеличивается до п3 по искусственной характеристике. При полном выключении сопротивления из цепи ротора двигатель становится как бы с короткозамкнутым ротором и выходит на естественную характеристику, по которой частота ротора увеличивается до номинальной П4, соответствующей моменту сил сопротивления на его валу (см. кривую на рис. 36). В данном режиме двигатель может работать продолжительное время. Очевидно, что чем больше число ступеней пускорегулирующих резисторов в цепи ротора, тем более плавным будет нарастание частоты его вращения.

Читать еще: Bmw e53 рабочая температура двигателя

Из анализа механических характеристик асинхронных электродвигателей видно, что двигатели с короткозамкнутым ротором наиболее просты по конструкции и управлению, надежны в эксплуатации и имеют меньшую стоимость. Их применяют в тех случаях, когда электрическое регулирование скорости рабочих движений не требуется, например, в приводах электроталей, механизмов кран-балок и других тихоходных механизмах грузоподъемных кранов. Следует помнить, что частоту вращения ротора такого двигателя можно изменить изменением числа пар полюсов в обмотке статора (переключением полюсов при помощи специальных пусковых электроаппаратов управления). Это решение применяют в механизмах кранов-штабелеров, когда для точной остановки механизма в требуемом месте необходимо заблаговременно перейти на меньшую (установочную) скорость рабочего движения.

Двигатели с фазным ротором — более сложные по конструкции, имеют большие габариты, массу и стоимость, но вызывают меньшие потери электроэнергии при переходных процессах (пуск двигателя и регулирование частоты вращения ротора). Поэтому эти двигатели применяют при более напряженных режимах работы для привода механизмов большинства современных грузоподъемных кранов.

Для обеспечения плавного пуска асинхронных двигателей и регулирования скоростей рабочих движений все более широко применяют специальные электрические схемы, например, с использованием тиристоров (от греческого слова «тура» — дверь, вход и английского «резистор» — сопротивление) — полупроводниковый переключающий прибор с односторонней проводимостью тока.

Понятие механической характеристики двигателя и механизма

Дата добавления: 2015-09-15 ; просмотров: 7267 ; Нарушение авторских прав

Статической механической характеристикой двигателя называется зависимость скорости от момента двигателя. w=¦(М). Почти все электродвигатели обладают тем свойством, что скорость их является убывающей функцией момента двигателя. Это относится ко всем обычным электродвигателям, применяемым в промышленности, то есть к двигателям постоянного тока независимого, последовательного и смешанного возбуждения, а также к асинхронным бесколлекторным и коллекторным двигателям переменного тока. Однако степень изменения скорости с изменением момента у разных двигателей различна и характеризуется так называемой жесткостью их механических характеристик.

Жесткость механической характеристики электропривода – это отношение приращения момента, развиваемых электродвигательным устройством, при изменении скорости, к соответствующей разности угловых скоростей электропривода:

Обычно на рабочих участках механические характеристики двигателей имеют отрицательную жесткость β DМ₂ Þ b₁>b₂, так как и .

Механические характеристики электродвигателей можно разделить на четыре основные категории:

1. Абсолютно жесткая механическая характеристика ( β = ∞ ) — это характеристика, при которой скорость с изменением момента остается неизменной. Такой характеристикой обладают синхронные двигатели (прямая 1 на рис.1).

2. Жесткая механическая характеристика — это характеристика, при которой скорость с изменением момента хотя и уменьшается, но в малой степени. Жесткой механической характеристикой обладают двигатели постоянного тока независимого возбуждения, а также асинхронные двигатели в пределах рабочей части механической характеристики (кривая 2 на рис.1).

Для асинхронного двигателя жесткость в различных точках механической характеристики различна. Между максимальными (критическими) значениями моментов в двигательном Мк,д и генераторном Мк,г режимах характеристика асинхронного двигателя имеет сравнительно большую жесткость.

3. Мягкая механическая характеристика — это характеристика, при которой с изменением момента скорость значительно изменяется. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока последовательного возбуждения, особенно в зоне малых моментов (кривая 3 на рис.2). Для этих двигателей жесткость не остается постоянной для всех точек характеристик.

Читать еще: Двигатель 405240 евро 3 технические характеристики

Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения могут быть отнесены ко второй или третьей группе в зависимости от значения жесткости механической характеристики.

4. Абсолютно мягкая механическая характеристика (β=0) — это характеристика, при которой момент двигателя с изменением угловой скорости остается неизменным. Такой характеристикой обладают, например, двигатели постоянного тока независимого возбуждения при питании их от источника тока или при работе в замкнутых системах электропривода в режиме стабилизации тока якоря (прямая 4 на рис. 2).

Механическая характеристика рабочей машины – это зависимость скорости рабочей машины от момента сопротивления, который она создает w=¦(М_с).

Механические характеристики описывают нагрузку на электропривод.

Классификация типовые нагрузок:

1. активный момент сопротивления М_с=const

Пример: привод лебедки подъемного крана.

Нагрузка способна сама приводить в действие механизм, поэтому ее называют активной. Конструкции необходимо предусмотреть стояночный тормоз.

2. реактивный момент сопротивления М_с=const (нагрузка типа постоянства момента)

Характерно для механизмов типа «сухого трения».

Характерно для центробежных вентиляторов и насосов.

Если закрыть входное отверстие уменьшится момент нагрузки.

5. постоянство мощности P=const

, где Р_с =const.

Часто используется для главных приводов станочных механизмов (токарных, фрезерных, расточных, шлифовальных и других станков).

Рассмотрим токарную обработку:

Для строгального станка:

Особенности выбора двигателя:

При P₁=5 кВт получим P_дв=5∙100=500 кВт.

Непосредственный выбор двигателя по предельным показателям приводит к завышению установленной мощности двигателя в D_w раз, где D_w – диапазон регулирования скорости. На самом деле мощность двигателя может быть снижена специально, выбором диапазона регулирования скорости.

Для ДПТ НВ – это управление скоростью по токам возбуждения.

Механическая характеристика

Определение. Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента нагрузки на валу М, т. е. п (М). От ее характера зависит пригодность асинхронного двигателя для привода различных рабочих механизмов. Так, для многих станков требуется, чтобы частота вращения двигателя оставалась неизменной или почти неизменной при изменении нагрузки. Наряду с этим рабочие механизмы, работающие при резко изменяющихся нагрузках, — прессы, краны, ножницы — требуют быстрого изменения частоты вращения двигателя при таких нагрузках.

Поэтому механическая характеристика двигателя играет существенную роль при выборе приводного двигателя.

Вывод уравнения механической характеристики. Зависимость п(М) может быть получена из формулы M(s) (3.23), если учесть, что s = (n₁ – n)/n₁. График п(М) представлен на рис. 3.18. Все сказанное о характерных точках и участках графика M(s) справедливо и для графика п(М).

Так, на рабочем участке n₁ – n_ном зависимость п(М) линейная.

Действительно, n = n₁(1—s). Так как на этом участке

, то, подставляя значение s в формулу n = n₁(1—s), получаем:

График этой зависимости представляется прямой линией (рис. 3.19).

Коэффициент b пропорционален тангенсу угла наклона прямой, т. е.
где k_m — масштабный коэффициент.

Полученная характеристика называется жесткой, так как в пределах от идеального холостого хода до номинальной нагрузки частота вращения ротора падает не более чем на 10%.

Механические характеристики рабочих машин и электродвигателей

1. Механические характеристики рабочих машин (зависимость угловой скорости механизма от момента сопротивления на его валу) :

1 – не зависящая от скорости;

2 – линейно зависящая;

3 – нелинейно зависящая (вентиляторная);

2. Механические характеристики ЭД (зависимость угловой скорости двигателя от момента сопротивления на его валу) :

1 – синхронный двигатель (СД);

2 – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ с НВ) и вентильный двигатель (ВД);

3 – трехфазный асинхронный двигатель (АД);

4 – двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением (ДПТ с ПВ);

Читать еще: Газель некст какие двигатели ставят дизель

При выборе привода согласование механических характеристик двигателя и рабочей машины происходит по следующим параметрам:

а) по диапазону регулирования скорости ;

б) по нагрузке ( , );

в) по энергетическим показателям ( ).

Механические характеристики ДПТ

1) Механические характеристики ДПТ с независимым возбуждением

Уравнение механической характеристики ;

где — конструктивная постоянная двигателя, — число пар полюсов; — число активных стержней; — число пар параллельных ветвей (количество обмоток в секции); — сопротивление якорной цепи.

1 – Естественная характеристика при всех номинальных параметрах ( )

1′ – Инверсная (реверсная) характеристика. Для реверса ДПТ с НВ

2 – Управление напряжением якоря (1-я зона управления)

3 – Управление магнитным потоком (2-я зона управления)

4 – Управление сопротивлением

Наиболее экономичный способ регулирования скорости ДПТ связан с изменением напряжения, подводимого к якорю, а не сопротивлений цепи якоря или обмотки возбуждения. Для регулирования напряжения необходимы специальные силовые преобразователи (управляемые выпрямители).

5 – Динамическое торможение: двигатель отключается от сети, якорь закорачивается на сопротивление, ;

6 – Торможение противотоком;

7 – Рекуперация (отдача энергии двигателем обратно в сеть). Условия рекуперации: , реверс момента. Реализуется с помощью управляемого преобразователя, включенного в цепь якоря двигателя.

2) Механические характеристики ДПТ с последовательным возбуждением

; ; ;

т.е. механическая характеристика нелинейная.

1 – естественная характеристика;

2 — — ввод добавочного сопротивления;

3 – динамическое торможение;

4 – режим противотока.

У данных ДПТ , т.е. двигатель нельзя включать без нагрузки и применять ременные передачи. По этой же причине рекуперация невозможна. Применяется в подъемных и транспортных машинах.

Механические характеристики асинхронных двигателей (АД)

1) Механические характеристики 3-фазных АД

Асинхронный электродвигатель имеет трехфазную обмотку статора. При подаче на неё трехфазного напряжения частотой , образуется магнитное поле, вращающееся с угловой скоростью , где — число10

пар полюсов статора (определяется укладкой обмотки).

Ротор АД чаще всего выполняется короткозамкнутым («беличья клетка»). В подъёмных и транспортных машинах применяют фазный ротор, где обмотка ротора через контакные кольца выводится на неподвижное основание и соединяется с добавочными сопротивлениями.

В настоящее время АД по умолчанию применяют для привода большинства объектов.

При описании АД электрические параметры двигателя имеют индексы: 1 – статор; 2 – ротор.

При R₁=0 механическая характеристика описывается формулой

, где — критический момент; — скольжение.

1 – естественная ( );

1′ – реверс (меняются местами две из трех фаз);

2 — , ;

3 — или ;

4 – АД с фазным ротором , .

5 – динамическое торможение: на обмотку статора подается постоянный ток, тогда раскручиваемый ротор будет тормозиться;

6 – противоток (реверс): (меняются местами две фазы);

7 – рекуперация , реверс момента. Для торможения до нуля требуется ПЧ, который непрерывно снижает .

Пуск АД: Для ограничения пусковых токов АД большой мощности или получения плавного пуска асинхронного привода применяют:

1) включение активных или индуктивных сопротивлений в цепи статора, которые выводятся в конце пуска;

2) «частотный» пуск через преобразователь, плавно изменяющий частоту питания двигателя ;

3) пуск с фазным ротором;

4) реакторный пуск – включение индуктивных сопротивлений в цепь ротора. Вначале пуска частота тока в роторе близка к частоте сети, индуктивное сопротивление велико и ограничивает пусковой ток.

2) Механические характеристики двухфазных АД

Выпускаются на мощность до 1 кВт. Могут выполняться со сплошным или полым ротором. ОВ, ОУ – соответственно обмотки возбуждения и управления; Для сдвига фаз в цепь ОВ последовательно включают конденсатор емкостью 1-2 мкФ на каждые 100 Вт.

, при однофазном включении .