Механическая и угловая характеристика синхронного двигателя

Синхронный двигатель обладает абсолютно жесткой механической характеристикой. В определенных пределах изменение нагрузки на его валу не приводит к изменению частоты вращения. Механическая характеристика представляет собой горизонтальную прямую. 

Изменение момента сопротивления приводит к изменению угла 0 между векторами напряжения U₁ и э. д. с. Е₁ определяемого угловым положением ротора относительно результирующего вращающегося магнитного потока статора.

Обозначение угла 0 между векторами напряжения и э. д. с.

Выражение для угловой характеристики:

синхронного двигателя с неявно выраженными полюсами найдем, воспользовавшись его упрощенной векторной диаграммой (рис. 1, а). 

Судовые электроприводы с асинхронными двигателями

Двигательный режим. Для вывода уравнения механической характеристики асинхронного двигателя воспользуемся зависимостью между его электромагнитной мощностью Р_м, передаваемой со статора на ротор вращающимся магнитным полем, механической мощностью Р_мех и потерями в обмотке ротора р_м2:

где М — электромагнитный момент, Н*м;

w₁ — угловая скорость магнитного поля, рад/с; f₁ — частота тока статора, Гц; р — число пар полюсов; w₂ — угловая скорость ротора, рад/с; m₁ — число фаз обмотки статора; r₂' — приведенное значение активного сопротивления обмотки ротора, Ом; I₂' — приведенное значение тока ротора, А.

Судовые электроприводы с двигателями смешанного возбуждения

У двигателей постоянного тока смешанного возбуждения магнитный поток создается в результате совместного действия обмоток последовательного и независимого возбуждения (рис. 1, а). Это обусловливает вид их механических характеристик. Наличие обмотки независимого возбуждения обеспечивает работу двигателя в режиме холостого хода. 

Влияние обмотки последовательного возбуждения приводит к изменению магнитного потока и частоты вращения двигателя, особенно значительному в зоне малых моментов.

Для построения искусственных механических характеристик используют методы, применяемые для расчета характеристик двигателей последовательного возбуждения. 

Судовые электроприводы с двигателями последовательного возбуждения

Как видно из схемы включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (рис. 1), ток якоря двигателя является его током возбуждения. Это обусловливает изменение магнитного потока в широком диапазоне, что оказывает существенное влияние на вид механической характеристики.

Считая магнитную цепь двигателя ненасыщенной и зависимость между током возбуждения и магнитным потоком линейной, можно написать:

Как видно из выражения, механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения имеет гиперболический характер. В реальных машинах зависимость между током возбуждения и магнитным потоком нелинейна и определяется кривой намагничивания. В связи с этим выражение дает лишь общее представление о механической характеристике.

Судовые электроприводы с двигателями независимого возбуждения

Двигательный режим (рис. 1). Аналитическое выражение механической характеристики электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения можно получить из уравнения равновесия напряжений для цепи якоря. В установившемся режиме приложенное напряжение U уравновешивается э. д. с. Е, наведенной в обмотке якоря, и падением напряжения Ir в ее цепи

где I — ток в цепи якоря, А; r — сопротивление цепи якоря, Ом.

Подставив в выражение Е = сФw, получим выражение для угловой скорости электродвигателя постоянного тока, являющееся уравнением его электромеханической характеристики,

где с — постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами электрической машины; Ф — магнитный поток, Вб.

Что такое механическая характеристика электропривода?

Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения (угловой скорости) электродвигателя от развиваемого им момента. Она определяет электромеханические свойства двигателя, характер протекания процессов при его пуске, торможении, регулировании частоты вращения, изменении нагрузки.

Выбор электродвигателя с механической характеристикой, соответствующей требованиям рабочего механизма, во многом определяет его производительность и экономичность. Почти все механические характеристики носят падающий характер. Увеличение нагрузки на валу двигателя приводит к снижению частоты вращения. Степень изменения частоты вращения при изменении момента характеризуется жесткостью механической характеристики.

Различают механические характеристики: абсолютно жесткие, при которых частота вращения остается постоянной; жесткие, при которых возрастание момента до номинального приводит к снижению частоты вращения не более 10% номинальной; мягкие, при которых возрастание момента до номинального приводит к снижению частоты вращения более чем на 10% номинальной.