Электродвигатель постоянного тока

Электрические двигатели

Асинхронный двигатель

Конструкция трехфазного электродвигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором отличается простотой устройства и эксплуатации, низкой стоимостью, высокой надежностью и КПД до 90%. Однако электрическая энергия производится с помощью тепловых двигателей, поэтому её стоимость гораздо выше такого же количества энергии, заключённой в топливе, используемом ДВС. Принцип действия асинхронного двигателя основан на том, что обмотки статора, питаемые трехфазным током, создают вращающееся со скоростью магнитное поле, которое пересекает проводники ротора, на которые действует крутящий момент . Однако, этот момент является движущим до тех пор, пока угловая скорость ротора . При ω = ω_син двигатель работает на холостом ходу с . Статическая характеристика асинхронного электродвигателя показана на рисунке 1.10.

Рис 1.10

Статическая характеристика асинхронного ЭДВ может быть описана уравнением

где -скольжение, - момент и угловая скорость ротора, - скорость вращения магнитного поля статора; - максимальный (критический) момент и критическое скольжение, соответствующему критическому моменту.

 

Номинальный режим двигателя выбирается на линейном участке характеристики, которую можно описать уравнением

или ,

где а и b – постоянные коэффициенты.

Асинхронный двигатель может работать на различных режимах:

1. В режимедвигателя, в котором крутящий момент и скорость вращения ротора имеют одинаковые направления, причём . Двигатель потребляет энергию из сети и создаёт движущий момент ;

2. В режиме противовключения, который образуется путем переключения двух обмоток при неизменной скорости вращении ротора . Например, ускоренный принудительный «останов» шпинделя токарного станка для съёма, установки или измерения детали. При этом направление вращения магнитного поля меняется и возникает момент сопротивления ;

3. В режиме электрогенератора, где скорость вала превышает синхронную скорость магнитного поля , а крутящий момент ротора направлен в сторону обратную скорости вала и представляет момент сопротивления вращению . При этом движущий момент необходимо приложить к валу электродвигателся извне.В этом режиме «торможения двигателем» вырабатывается электроэнергия, которая отдается в сеть. Это положительное качество – обратимость машины из двигателя в генератор у асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором не легко использовать по причинам трудностей включения его в систему управления;

 

Электродвигатель постоянного тока

 

Электрическая схема электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением показана на рис. 1.11а. Обратимая электрическая машина (ОЭМ) постоянного тока может работать в двух режимах – двигательном или генераторном:

1. Область электродвигателя (ЭДВ), который потребляет энергию из сети и создаёт движущий момент , совпадающий со скоростью вращения ротора ;

2. Области работы в генераторном режиме:

В режиме рекуперативного торможения крутящий момент ОЭМ направлен в сторону обратную скорости вала и является моментом сопротивления , а движущий момент необходимо приложить к валу электродвигателя извне.В этом режиме «торможения двигателем» вырабатывается электроэнергия, которая может быть аккумулирована и полезно использована (рекуперация энергии торможения).Примерами рекуперативного торможения электродвигателя постоянного тока являются:

· быстрый спуск груза на подъёмном кране, когда ЭДВ включён в направлении спуска;

· перевод СУ ЭДВ машины с большей скорости на желаемую уменьшенную, когда запасённая кинетическая энергия «перекачивается» обратно в электрический аккумулятор или обратно в сеть.

Рис.1.11

 

Статическая характеристика электродвигателя описывается линейным уравнением

,

где коэффициент пропорциональности , R – сопротивление, k – константа, F – магнитный поток, – скорость вращения холостого хода при .

Напряжение питания якоря связано с током в цепиякоря I и электродвижущей силой .

Выходная (полезная механическая) мощность на валу равна

 

W = U_я I η = M_кр ω,

где: η – КПД, M_кр , ω – крутящий момент и угловая скорость вала.

Следует отметить низкий расход энергии и удобство управления, при котором происходит обратимость электрической машины постоянного тока из двигателя в генератор путём изменения напряжения на обмотке возбуждения _. Пределы регулирования скорости доходят до отношения 1 / 8. Использование одной и той же обратимой электрической машины или как двигателя или как генератора позволяет повысить экономичность на неустановившихся режимах, полезно используя запас кинетической энергии МА при торможении.

Примером рекуперации энергии является процесс «перекачки» энергии электрогенератором в аккумулятор при торможении машины и использование её при разгоне или установившемся движении.