Elektrotehnika_i_elektronika_2008

Рис. 2.145. Внешняя характеристика синхронного генератора

считают увеличение тока при активной нагрузке) напряжение на генераторе yменьшается незначительно под влиянием падения напряже-

ния в фазе обмотки статора и частично размагничивающей составляющей реакции якоря. При индуктивной нагрузке размагничивающее действие реакции якоря проявляется ,сильнее и напряжение на зажимах генератора уменьшается в значительно большей степени. При емкостной нагрузке с ее увеличением происходит некоторое подмаг^- ничиваное машины и напряжение на генераторе увеличивается.

Регулировочная характеристика показывает, как следует изменять ток возбуждения ротора при изменении тока нагрузки генератора, чтобы напряжение генератора U оставaлось постоянным, т. е. IB = Л 1) при U— const, .cos ф = const или ф = const и f(unu n) = const. Так как при активно-индyктивной нагрузке с уменьшением тока напряжение увеличивается, то для поддержания напряжения на постоянном

уровне надо уменьшать результирующий магнитный поток путем

уменьшения тока возбуждения ротора (рис. 2 .146). При активноемкостнои нагрузке — наоборот. ,

в.

1

Рис. 2.14б: Регулировочная характеристика синхронного генератора

325 Глава 2. Электромагнитные густройства и эле ктрическце машины

нератора (рис. 2.143) показывает, что угол 9 меняет свой знак. При

построений векторной диаграммы двигателя вектор Ис принимается за исходный. Вектор тока I отстает по фазе на 900 от вектора

й син1 •

2.5.9. Характеристики синхронного двигателя

Угловая характеристика. Зависимость между электромагнитным моментом синхронного двигателя М и углом рассогласования .9, т, е.

М = f(0), называется уг говой арактеристикой. .

Электрическая активная мощность Р1,, потребляемая трехфазным

синхронным двигателем из сети, равна утроенной фазной мощнос-

ти статора Р1 = З U^I cos 9. Если пренебречь потерями, которые относительно малы, то эта потребляемая активная мощность равна .

электромагнитной мощности РэМ, передаваемой от статора в ротор: Р1 ~ Рэм = ЗЕо I cos у', где 'у -- угол сдвига фаз между током I и ЭДС

Механический момент на валу двигателя связан c мощностью

где о = 2тсп0 /60 — синхронная угловая скорость вращения ротора;

M = 3Е0 U'/ СОХсин — максимальный момент, развиваемый двигате-

лем.

При постоянных значениях напряжения U^, угловой скорости о и, синхронного сопротивления Хсин максимальный момент двигателя Лет зависит только от ёДС Е0, т, e. от тока возбуждения ротора ' в. A если ток возбуждения тоже оказывается постоянным, то элек-

тромагнитныи момент двигателя оказывается зависимым только от

угла О. Эта зависимость (12) является синусоидальной и называется

угловой характеристикой синхронного двигателя (рис. 2.149). Угловая характеристика позволяет проанализировать процессы в

двигателе при изменении нагрузки на валу ротора. При появлении

момента сопротивления . Мс на валу 'двигателя ротор притормажи -

вается, угол нагрузки О увеличивается и в соответствии c угловой ха-

процесс называется вы падением двигате- характеристика синхрон-

ля из синхронизма; при котором машина должна быть отключена от сети.

И-образная характеристика. Это зависимость тока статора от тока

возбуждения ротора I = f (IB),. когда момент на валу двигателя

М = 'coпst. .

Допустим, что двигатель работает при напряжении статора U^ = coпst и угловой скорости со = сопвн. Тогда из формулы (12) при

постоянстве момента .

Полученное соотношение показывает, что при любом токе воз-

.

буждения ротора IB (любой ЭДС Е0) все проекции вектора Ё0 на

линию, перпендикулярную вектору U^ , одинаковы. Следователь-. но, годографом вектора Ё0 является прямая a—Ь, параллельная век-

.

тору U^ и отстоящая от него на расстоянии Е0 sin 0. На рис. 2.15 0 .

построены векторные диаграммы двигателя при трех различных то-

• r

ках возбуждения. При большей ЭДС Ё03 (перевозбуждение маши-'

ны и наименьший угол 93) ток статора .I3 опережает напряжение U^

на угол ф, т. e. двигатель ведет себя как реактивный емкостной эле мент. Поэтому двигатель потребляет из сети ('вернее отдает) емкос-` тную реактивную отрицательную . мощность

. Этот режим работы двигателя весьма ценен, так как его емкостной ток статора компенсирует индуктивные токи в сети от большин-•

ства других потребителей и тем самым улучшает сов . ср всей сети.

327 Глава 2. Электромагнйтныё устройства и электрические машины

^

Рис. 2.150. Векторные диаграммы для фазы обмотки статора синхронного двигателя при разных токах

При меньшей ЭДС Ё ток статора • I2 совпадает по фазе c на-

.пряжением U^ (в этом случае угол е2 > 93) и двигатель работает как

активный элемент, потребляя из сети только активную электрическую. мощность. Ток возбуждения, при котором соа ф = 1, обычно

считается номинальным .

И, наконец, при самой маленькой ЭДС Е < U^ (1iедовозбуждение машины и самый большой угол е.1-) двигатель работает c отста-

ющим током статора I1 , который имеeт индуктивную составляю

щую. Поэтому потребляемая двигателем из сети реактивная мощность положительна .

Таким образом, как при уменьшении, так и при увеличений тока

возбуждения IB по сравнению с номинальным изменяется величина ЭДС Е0, a значения тока статора I и фазового угла ф увеличиваются. При этом также меняется .характер потребляемой двигателем электрической мощности из сетй. Поэтому зависимости I = f (In)

имеют вид буквы U и называются .U-образными. Их строят при ус - ловйи UC = const, M = const (Р = const). Каждый двигатель имеет се-

мейство U-образньУх характеристик для различных значений момента М и мощности P (рис. 2.151):

‚ В

!

НедовозПеревоз-

буждение буждение

Рис. 2.151. U-oбpaзныe характеристики синхронного двигателя

2.6. Электропривод

2.б.1. общие сведения

Электроприводом называется электромеханическая система, осуществляющая преобразование электрической энергии .в механическую и обеспечивающая электрическое управление этой механической энергией, предназначенной для приведения в действиё исполнительных оргаков рабочих машин. "

B современный электрический привод входят следующие основ- . ные устройства: ,

—преобразовательное устройство питания, .подводящее электроэнергию' трёбуемых параметров;

—электрический двигатель, преобразовывающий подводимую электрическую энергию 'в механическую; •

-= передаточное устройство, осуществляющее передачу механической мощности от электродвигателя к исполнительному механизму; . .

—устройство управления и регулирования электрической и механической мощностями;

— устройство автоматизации. .

Различают одиночный и многодвигательный электропривод. В одиночном электроприводе один электродвигатель приводит в движение как отдельные механизмы, так и исполнительный орган одной рабочей машины. Примером такого электропривода могут служить простые металлорежущие станки, большая номенклатура' ручного электроинструмента. В многодвигательном электроприводе каждый отдельный механизм и исполнительный орган рабочей

329. Глава 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

машины приводятся в действие своими электродвигателями. Примером такого электропривода может служить мостовой кран, y которого все три механизма, мост, тележка и подъемное устройство -= приводятся в действие отдельными электродвигателями. При многодвигательном электроприводе создаются более благоприятные

условия для автоматизации отдельных мёханизмов,' исполнительного органа и рабочих процессов в целом, вследствие чего эти элект-

роприводы получают все. большее распространение.

Применение управляющих ЭВМ и встроенных микропроцессор-

ных систем существенно повышает качество электроприводов для

создания современных технических средств автоматизации технологических процессов, например на основе роботов и манипуляторов. .

Как было отмечено ранее, одним из основных устройств электропривода является электродвигатель. Применение электродвига= телей для приведения в движение исполнительных органов рабочих

машин обусловлено рядом .их преимуществ перед другими двигате - лями. К этим преимуществам следует отнести возможность изготов -

ления электродвигателей практически любой мощности, простоту

управления и регулирования, надежность эксплуатации, возможность

автоматизации. Поэтому правильный выбор электрического двигателя для определенной рабочей машины яляется ответственной и важной инженерной задачей, и ниже будут рассмотрены только. некото рые, наиболее важные аспекты решения этой задачи.

2.б.2. Нагрев и охлаждение

электрических двигателей''

Мощность выбираемого электрического двигателя для работы в

электрическом приводе определяется в конечном счете допустимой

температурой нагрева его изоляции. Соблюдение установленных

ограничений по допустимой температуре нагрева обеспечивает нор

матйвный срок службы двигателя в пределах 15---20 лет. В современных двигателях применяются несколько классов изоляции, допус-

тимая температура нагрева которых составляёт: для класса A -- до

105°C., E — до 120°С, в -- до 130°С," F — до 155°С, H — до 180°С., C -

свыше 180 С. Превышение допустимой температуры ведет к" преж-

девременному разрушению изоляций и существенному сокрацению срока службы электродвигателей. Поэтому в первую очередь необходимо рассмотреть и выяснить законы нагрева и оxлaждения электродвигателей:

в работающем электродвигателе происходят потери энёргии, которые вызывают нагрев машины. Мощность этих потерь ЛР тем