Саморегулирование электродвигателей постоянного тока

Рассмотрим процесс саморегулирования двигателя постоянного тока при помощи логической цепочки:

М ↑→ ω↓→ Е= с ωФ↓→ М= сIФ↑ (11-1)

Словами: при увеличении механической нагрузки на валу (механического момента ) скорость электродвигателя ω, а значит, значение противоэлектродвижущей силы (противоэдс) обмотки якоря двигателя Е= с ωФ уменьшаются, что приводит к увеличению тока якоря двигателя

I=

и его электромагнитного момента

М= сIФ.

Сравнивая начало логической цепочки (увеличение механического момента) и её конец ( увеличение электромагнитного момента двигателя ), можно сделать вывод:

увеличение механического момента на валу автоматически привело к увеличению электромагнитного момента двигателя.

При этом скорость электродвигателя уменьшилась, а ток увеличился.

Аналогичную цепочку можно записать и для саморегулирования асинхронного двигателя переменного тока.

Такая взаимосвязь механической нагрузки на валу и электромагнитного момента двигателя объясняется действием закона сохранения энергии – чем больше нагрузка механизма, тем больше нагрузка электродвигателя.

Процесс саморегулирования двигателей постоянного тока протекает следующим образом.

Все ЭД обладают свойством саморегулирования, то есть автоматически создают вращающий момент равный моменту статического сопротивленияна валу двигателя при постоянной частоте вращения вала ЭД. Статистический момент сопротивления создается рабочим механизмом.

Электромеханический процесс саморегулирования протекает следующим образом. Пусть ЭД работает на холостом ходу (без нагрузки, механизм не нагружен) . Однако при холостом ходе и двигатель и механизм создают моменты сопротивления: двигатель создаёт момент а механизм создаёт момент. Эти моменты уравновешивают друг друга

,

в результате их уравновешивания устанавливается угловая скорость вала двигателя

.

Если появилась нагрузка на механизме момент сопротивления механизма увеличился до значения :

Тогда в соответствии с известным уравнением механики вращательного движения:

где – момент инерции вращающихся масс, появляется отрицательное ускорениеи скорость якоря, под действием отрицательного ускорения, начинает уменьшаться. Но вместе со скоростью уменьшается противо – э.д.с.

а ток якоря

(11-2)

и вращающий момент возрастают. Когда вращающий момент двигателя станет равным возросшему моменту сопротивления механизма

ускорение станет равным нулю.

Уменьшение скорости прекратится и установится новое значение скорости меньшее первоначальной:

При новой установившейся скорости момент определяется выражением

где значение тока якоря при новой установившейся скорости

следовательно, в работающем двигателе ток якоря

определяется моментом на валу и магнитным потоком возбуждения.

Саморегулирование асинхронных двигателей (ад)

Асинхронные двигатели, как и все электрические машины, обладают свойством саморегулирования. Это свойство заключается в следующем, при изменении противодействующего момента , создаваемого рабочим механизмом, автоматически изменяется вращающий момент двигателя

и восстанавливается нарушенное равновесие моментов (независимо от причины нарушения равновесия).

Равновесие моментов устанавливается при новом значении скорости вращения вала ЭД.

Необходимым условием работы асинхронного двигателя (АД) является скольжения S:

где: – угловая скорость вращающегося поля статора,

частота тока питающей сети;

–число пар полюсов статора двигателя;

–угловая скорость ротора двигателя.

Таким образом, поле статора относительно ротора вращается с угловой скоростью (то есть как проскальзывает по отношению к ротору):

С этой скоростью поле статора пересекает обмотку ротора и индуцирует (наводит) в роторе ЭДСизменяющееся с частотой:

(11-3)

При выводе уравнение умножили и разделили на.

При изменении нагрузки на валу двигателя скорость ротора изменяется, соответственно изменяется скольжение S, частота тока в роторе и ЭДС ротора.

Если обозначить через – ЭДС неподвижного ротора. Тогда для вращающегося ротора получим ЭДС –:

(11-4)

подставим значение , получим, что ЭДС вращающегося роторазависит от скольжения:

(11-5)

Тогда по закону Ома получим ток в роторе:

Выражение (2.5) соответствует неподвижному ротору с сопротивлением и, в котором под действием ЭДСсоздается ток ротора.

Для того, чтобы рассматривать ротор совместно со статором (при отсутствии между ними электрической связи) параметры цепи ротора заменим приведенным (через коэффициент трансформации ) значениями к цепи статора:

где и– соответственно число витков в обмотке статора и ротора.

Каждому режиму АД соответствует определенная область скольжения:

от генераторный режим (отрицательное скольжение, – скорость ротора больше – скорости поля статора) ;

от ;двигательный режим (скорость ротора меньше скорости поля статора);

от ;режим противовключения (поле вращается против (навстречу) ротора).

Существует два промежуточных режима :

идеальный холостой ход (момент);

короткое замыкание (ротор стоит);

Если для АД, работающего с установившейся скоростью и моментом механизма,увеличить момент сопротивления на валу до значения , тоскорость ротора будет падать. Скольжение будет увеличиваться. При увеличении скольжения будет расти ЭДС в фазе ротора , соответственнобудет расти ток ротора и электромагнитный момент двигателя.

С ростом электромагнитного момента замедление ротора (отрицательное ускорение )будет уменьшаться и наступит новое равновесие моментов двигателя и механизма, но уже при более низкой скорости ротора двигателя.

С уменьшением скорости от до 0 – нуля ток статора непрерывно увеличивается от тока холостого хода, [для АД обычного исполнения,, для крановых двигателей] до значения тока короткого замыкания:.

Но не смотря на непрерывные увеличения тока при уменьшении скорости от до 0 – нуля ,момент двигателя , начиная с критической скорости ,уменьшается от значения критического до пускового.