2.3 Електромеханічні властивості двигунів

2.3.1 Методичні вказівки до вивчення теми Роботі привода в усталеному режимі з визначеною швидкістю обертання агрегата відповідає рівновага моменту двигуна і моменту статичного опору виконавчого механізму. Зміна статичного моменту повинна привести через зміну швидкості до відповідного змінення моменту двигуна для відновлення попередньої рівноваги указаних моментів.

Через велике різноманіття виконавчих механізмів, без належних знань не вдається підібрати механічну характеристику двигуна такої форми, щоб забезпечити в усьому діапазоні зміни швидкості стійку роботу електрифікованого агрегату і в певній мірі відповідати вимогам виконавчого механізму. Тому детальне і всебічне вивчення механічних характеристик електродвигунів допоможе правильно вирішити задачі про вибір найбільш раціонального типу двигуна для різних виробничих механізмів.

Знання та глибоке розуміння методів отримання найбільш вигідних характеристик двигуна для заданих, часто суперечливих, вимог і умов роботи виконавчих механізмів повинні стати основним результатом проробки даної теми. Для успішного її засвоєння рекомендується насамперед повторити основні положення курсу електричних машин.

При вивченні даної теми необхідно приділити увагу методиці побудови природних і штучних характеристик двигунів за даними, які можуть бути отримані в умовах практики (номінальні, каталожні дані). Слід також більш докладно зупинитись на вивченні відносних одиниць, оскільки при розрахунках різноманітних електроприводів часто необхідно зрівнювати і оцінювати варіанти, які виконані з двигунами, що мають різні номінальні параметри. В цьому випадку тільки відносне зрівнювання є доцільним і приводить до правильних висновків. При використанні відносних одиниць стає непотрібним перехід з одних дійсних одиниць до других, що дозволяє з допомогою спеціально побудованих універсальних номограм визначити параметри двигуна, які необхідні для одержання бажаних характеристик.

Вивчаючи механічні характеристики різних типів двигунів, необхідно звернути увагу на те, що, як правило, в рівняння механічної характеристики увіходить електромагнітний момент двигуна, а не момент на його валу. Щоб запобігти звичайній плутанині, слід намагатися усі розрахунки проводити в одній системі одиниць – міжнародній системі одиниць СВ.

При вивченні механічних характеристик двигунів постійного струму треба усвідомити, що усі вони незалежно від роботи двигуна випливають з рівняння електричної рівноваги якірного кола і рівності для електромагнітного моменту. Тому перед тим як виводити рівняння механічних характеристик, слід повправлятися в укладанні рівнянь електричної рівноваги для різних режимів роботи двигуна. При цьому необхідно запам’ятати, що той чи інший режим роботи двигуна в основному визначається величиною і знаком електрорушійної сили (ЕРС) машини по відношенню до величини і знаку напруги, прикладеної до якоря.

При роботі двигуна ЕРС виконує роль автоматичного регулятора. Ця особливість електричних машин (підтримувати рівновагу в механічній системі при змінному моменті статичного опору без участі спеціальних регуляторів) є дуже цінною їх властивістю.

Проробивши механічні характеристики двигунів в чотирьох квадрантах фазових площин “швидкість-момент” як у руховому, так і в гальмових режимах, слід записати при різних заданих законах змінювання моменту статичного опору для кожного такого режиму основне рівняння руху, звернувши при цьому увагу на знаки моменту двигуна і моменту статичного опору. Це допоможе краще зрозуміти процеси, що відбуваються в електроприводі, а також допоможе глибше усвідомити матеріал, який вивчається.

Вдумливо слід ставитися до вивчення гальмових режимів роботи двигуна як найбільш відповідальних і найбільш складних. Нечітка робота гальмового пристрою може привести до серйозних аварій.

За електромеханічними властивостями двигуни змінного струму ідентичні двигунам постійного струму, але мають свої особливості. Необхідно чітко з’ясувати ці особливості з метою раціональних областей їх використання. Треба запам’ятати, що завдяки простоті, надійності, економічності, можливості безпосереднього включення в мережу, асинхронні двигуни можна назвати приводом майбутнього. Синхронні двигуни конструктивно більш складні, ніж асинхронні. Швидкість їх фактично не регулюється, але вони мають цінну власти-вість – покращувати коефіцієнт потужності електроустановок. Тому вони широко застосовуються в промисловості, особливо в електроприводах механізмів великої потужності, які не вимагають регулювання швидкості, а також частих пусків і реверсів.

2.3.2 Література: /1/ - Розд. 4 (п.п. 4.1, 4.3 (с. 98…106), 4.4, 4.5, 4.7, 4.8 (с. 143, 144), 4.10, 4.11 (с. 157, 158), 4.12); /2/ - гл. 3 (п.п. 3.1, 3.2 (с. 141…144), 3.3…3.9, 3.10 (с. 189, 190), 3.11, 3.12 (с. 212), 3.14, 3.15 (с. 229…235), 3.16 (с. 241, 242)), гл. 6 (п.п. 6.1…6.4, 6.5 (с. 429…431)); /3/ - гл. 2 (п.п. 2.1, 2.7), гл. 3 (п.п. 3.1, 3.2 (с. 110…112), 3.3…3.7, 3.9, 3.11, 3.12 (с. 173), 3.14, 3.15 (с. 190…194), 3.16 (с. 195…197)); /4/ - гл. 3 (п.п. 3.1…3.10).

2.3.3 Питання для самоперевірки

1. Дайте визначення усталеного режиму роботи електропривода.

2. Що розуміється під механічною характеристикою двигуна?

3. Перелічіть основні види механічних характеристик механізмів.

4. Чим визначається жорсткість механічної характеристики?

5. Сформулюйте поняття статичної стійкості і поясніть, чим вона визначається.

6. Виведіть рівняння електромеханічної (швидкісної) і механічної характеристик двигуна постійного струму незалежного збудження в дійсних і відносних одиницях.

7. Побудуйте природну механічну характеристику двигуна постійного струму незалежного збудження за паспортними (номінальними) даними.

8. Перелічіть можливі способи гальмування двигуна незалежного збудження і дайте зрівнювальну техніко-економічну оцінку цим режимам.

9. У чому полягає різниця між електромагнітним моментом двигуна і моментом, що діє на його валу?

10. За якими умовами вибирається значення максимального струму і струму переключення при розрахунку пускового реостата?

11. У чому полягають особливості противмикання електродвигуна при роботі його з виконавчим механізмом, який має активний чи реактивний статичний момент?

12. Приведіть структурні схеми двигуна незалежного збудження при живленні від джерела напруги.

13. Приведіть структурні схеми двигуна незалежного збудження при живленні від джерела струму.

14. Приведіть формули для розрахунку індуктивностей якоря і обмотки збудження двигуна незалежного збудження.

15. Як впливає реакція якоря на механічну характеристику двигуна незалежного збудження?

16. Чому для двигуна постійного струму послідовного збудження неможливо одержати точне аналітичне вираження механічної характеристики?

17. В яких режимах може працювати двигун послідовного збудження? Чому для даного двигуна неможливий режим рекуперативного гальмування?

18. Побудуйте електромеханічні і механічні характеристики двигуна послідовного збудження за паспортними даними з допомогою універсальних кривих.

19. Побудуйте механічну характеристику двигуна послідовного збудження при шунтуванні обмотки збудження.

20. У чому полягають недоліки динамічного гальмування з самозбудженням двигуна послідовного збудження?

21. Який має бути вигляд механічних характеристик двигуна постійного струму змішаного збудження при різних співвідношеннях ампервитків незалежної і послідовної обмоток збудження?

22. Накресліть схему реверсування двигуна змішаного збудження.

23. Накресліть механічні характеристики двигуна змішаного збудження при гальмуванні: динамічному, генераторному і противмиканні.

24. Виведіть уточнене рівняння механічної характеристики асинхронного двигуна з кільцями.

25. Чому рівняння Клосса не можна застосовувати для розрахунку моменту двигуна з короткозамкненим ротором?

26. Побудуйте, використовуючи паспортні дані, механічну характеристику асинхронного двигуна з кільцями.

27. Накресліть і поясніть еквівалентну схему заміщення асинхронної машини.

28. Укажіть різновиди механічних характеристик короткозамкнених асинхронних двигунів з різним виконанням роторної обмотки.

29. Дайте пояснення впливу на характеристики асинхронного двигуна зміни напруги і частоти мережі живлення. Накресліть механічні характеристики, що відповідають цим змінам.

30. Як впливає на пусковий і максимальний моменти асинхронного двигуна зміна опору і індуктивності в колі ротора?

31. В яких гальмових режимах може працювати асинхронний двигун?

32. В яких випадках застосовується прямий, а в яких – автотрансформаторний пуск асинхронного двигуна?

33. Розкажіть про метод розрахунку штучних механічних характеристик асинхронного двигуна з активним опором в колі ротора.

34. Для яких цілей застосовується пуск асинхронного двигуна з активним чи реактивним опором в колі статора? Який вигляд мають механічні характеристики у цих випадках?

35. Виведіть рівняння кутової характеристики синхронного двигуна.

36. Який вид електричного гальмування застосовується в електроприводах з синхронним двигуном?

37. Розкажіть про пуск синхронного двигуна з глухопідключеним збуджувачем.

38. Розкажіть про пуск синхронного двигуна з допомогою реле частоти.