Тема №6. Электрические машины

6.1. Основные понятия и функции

Электропривод - это система, которая преобразует электрическую энергию в механическую, совершает при этом работу и контролирует процесс преобразования.

Схема электропривода содержит электрический двигатель с аппаратурой управления и контроля, органы передачи энергии от двигателя к производственному механизму и сам производственный механизм.

Основные функции электропривода:

а) включение и отключение двигателя от сети питания;

б) управление и (или) контроль необходимых характеристик, таких как: частота вращения, момент, мощность, ток и т.д., во время пуска и торможения, в процессе регулирования скорости.

Функция защиты двигателя специальная, она существует для любого типа электропривода. Поэтому будем рассматривать двигатель всегда с элементами защиты.

Блок-схемы на рис. 6.1-6.3 иллюстрируют основные типы электропривода.

Рис.6.1.

Рис.6.2.

Рис.6.3.

На рис. 6.1. представлена простейшая схема электропривода с заданными элементами управления и без контроля параметров процесса.

Рис. 6.2. демонстрирует разомкнутую схему с контролем процесса преобразования, но без обратной связи.

На последней блок-схеме (Рис.6.3.) представлена замкнутая автоматическая схема с обратной связью.

Итак, схема электропривода имеет три основных элемента:

1) электродвигатель;

2) нагрузка (производственный механизм);

3) управление и контроль (контроллер).

6.2. Механические характеристики электрических двигателей и производственных механизмов

6.2.1 Условие устойчивого функционирования электропривода

Механическая характеристика М = f (n) - это основная характеристика для выбора схемы электропривода, причем основные критерии выбора: стабильность и экономичность.

В зависимости от своих механических характеристик, производственные механизмы делятся на следующие группы (Рис.6.4.):

1) постоянный момент сопротивления (например: подъемные краны, транспортеры, лифты и т.д.);

2) линейно-возрастающий момент сопротивления (например: мельницы, насосы, электрические пилы и т.д.);

3) нелинейно-возрастающий момент сопротивления (например: вентиляторы, смесители, центрифуги, компрессоры и т.д.);

4) нелинейно-спадающий момент сопротивления (например: металлорежущие станки и прокатные станы.)

Различные электрические двигатели имеют также разные механические характеристики (Рис.6.5):

1) синхронные двигатели; 2) асинхронные двигатели; 3) двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением; 4) двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

Электропривод работает в точке, где пересекаются механические характеристики двигателя и производственного механизма. Назовем момент производственного механизмаМ_с (моментом сопротивления) и вращающий момент двигателя М_д. Тогда условие устойчивой работы электропривода будет:

Рис.6.4. Рис.6.5.

Рис. 6.6. демонстрирует два случая: устойчивой и неустойчивой работы системы (точка Р).

В первом случае [M_д=f(n) и M_c1=f(n)], какое-либо изменение частоты вращения вызывает возврат в точку Р. Например, когда частота вращения уменьшается до n₁, вращающий момент M_д увеличивается, тогда как момент сопротивления M_c1 уменьшается. В этом случае результирующий момент ускоряет систему и возвращает ее к частоте вращения n_p. Если частота вращения увеличится до n₂, вращающий момент M_д станет меньше момента сопротивления M_c1 возникает торможение системы и возврат к частоте вращения n_p. Во втором случае [M_д=f(n) и M_c2=f(n)], уменьшение частоты вращения до n₁ вызывает появление тормозного момента который еще больше уменьшает частоту вращение до полной остановки системы. С другой стороны, если частота вращения увеличится до n₂, вращающий момент становится больше момента сопротивления и система идет в "разнос". Разность M_д-M_c2=M_уск называется момент ускорения.

Рис.6.6.

Формула дает нам связь между: t - временем разгона [сек], J - моментом инерции [], M_уск - моментом ускорения [Н м ], n - частотой вращения [ 1/сек ].

Эта формула обычно используется для расчета времени пуска или торможения электропривода.