Тема 4. Электромеханические свойства двигателей электропривода

[2. с. 61-82,145-202,204-212]

Программа. Математическое описание двигателей постоянного тока. Уравнение механической характеристики. Естественные и искусственные механические характеристики. Двигательные и тормозные режимы работы. Двигатель постоянного тока как электромеханический преобразователь, каналы управления, двухзонное регулирование.

Математическое описание асинхронных двигателей. Ме-ханические характеристики. Генераторный, двигательный режимы работы, режим динамического торможения. Асинхронный двигатель как объект управления. Методы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Частотное регулирование. Каскадное регулирование асинхронных двигателей.

Математическое описание синхронных двигателей. Уравнение угловой характеристики. Пусковые характеристики синхронных двигателей. Синхронный двигатель как объект управления. Частотное регулирование синхронных двигателей. Вентильные двигатели, их механические и регулировочные характеристики.

Методические указания. Составьте уравнение электрического равновесия применительно к цепи якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Укажите допущения, при которых это уравнение составляете. Решите его относительно частоты вращения двигателя и дайте определение механической характеристики двигателя. Проанализируйте, от каких параметров зависит частота вращения холостого хода и наклон естественной механической характеристики двигателя постоянного тока. Оцените, как изменяется характер искусственных механических характеристик, получаемых при изменении: сопротивления в цепи якоря, магнитного потока, напряжения, подводимого к цепи якоря. Рассмотрите двигатель как электромеханический преобразователь, имеющий две пары входных электрических зажимов (клеммы цепи якоря, клеммы цепи возбуждения), и две пары выходных механических зажимов (клеммы электромагнитного момента, клеммы частоты вращения). Уясните, что конструкция двигателя постоянного тока независимого возбуждения позволяет совершать двухзонное управление как по цепи якоря, так и по цепи возбуждения.

Рассмотрите энергетическую диаграмму асинхронного двигателя переменного тока. По диаграмме составьте уравнение энергетического баланса для асинхронного двигателя. Решите уравнение энергетического баланса относительно скольжения. Дайте определение механической характеристики асинхронного двигателя. Выведите формулы для определения критических значений электромагнитного момента и скольжения. Проанализируйте влияние параметров двигателя на характер механической характеристики. Выясните, как изменяется характер искусственных механических характеристик при изменении: сопротивления в цепи ротора, фазного напряжения, частоты фазного напряжения. Рассмотрите работу асинхронного двигателя в тормозных режимах. Определите, при каких значениях скольжения асинхронный двигатель работает в двигательном режиме, в режиме генераторного торможения, в режиме электромагнитного тормоза. Составьте классификацию способов регулирования асинхронных двигателей. Рассмотрите принципы действия и схемы построения электрических приводов, реализующих различные способы регулирования: изменением сопротивления в цепи ротора, частотный, а также способ, основанный на использовании электрических каскадов. Сделайте сравнительный анализ перечисленных способов регулирования по критериям: величина диапазона, плавность, стабильность и экономичность.

Изучите принцип действия и конструктивные особенности синхронного двигателя. Начертите его упрощенную векторную диаграмму. На основании векторной диаграммы выведите уравнение для электромагнитного момента синхронного двигателя. Проанализируйте характер зависимости электромагнитного момента от параметров синхронного двигателя. Постройте угловую характеристику синхронного двигателя как зависимость электромагнитного момента от угла между осями магнитных полюсов статора и ротора. Ознакомьтесь со способами регулирования частоты вращения синхронных двигателей. Изучите способы и принципиальные схемы их пуска.

Ознакомьтесь с конструкцией и принципом действия вентильного двигателя. Уясните, что принципиальным отличием вентильного двигателя от синхронного является наличие датчика положения ротора, определяющего алгоритм формирования напряжения на фазах статорной обмотки. Поймите, что эта конструктивная особенность позволяет получить такое ценное качество синхронного двигателя, как плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне.