Электромеханическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Электродвигатели

Основной составной частью любого производственного механизма является электродвигатель. Правильный подбор этого устройства обеспечивает надежность и экономичность работы всей системы в целом. Простота управления электроприводом, а также его стоимость, зависят от технических характеристик электродвигателей.

Как правило, электропривод отвечает за значение таких характеристик движения как скорость, ускорение, пусковой и тормозной момент и другие.

При оценке электродвигателя учитываются следующие параметры:

Мощность;
КПД;
Вращающий момент;
Частота;
Линейная скорость;
Угловая скорость.

Значения этих параметров влияют на особенности проектирования и архитектуры промышленного оборудования.

Рассмотрим подробнее основные характеристики двигателей.

Краткое содержимое статьи:

Описание и схема установки

Тиристорные возбудители экономичны, не сложны в эксплуатации и наладке. Выполнены в виде отдельно стоящего шкафа.

Ниже приведена схема и описание электронной установки с тиристорным управлением, из которой понятно из чего состоит прибор:

Конструкция прибора представляет:

Управляемый выпрямитель, обеспечивающий питанием обмотки возбуждения синхронного двигателя. Представляет блок тиристоров с системой импульсно-фазового управления.
Реактор, представляющий входной трансформатор.
Модуль гашения поля.
Система тестирования.
Блок измерения, контролирующий уровень тока на выходе напряжения возбудителя и тока статора.
Модуль защиты и блок сигнализации. Обеспечивает защиту индикации неисправности систем автоматического регулирования и диагностики.

Поставляется совместно с релейно-контактным узлом управления запуска двигателя. Имеет цифровую или аналоговую систему управления.

Тиристорный возбудитель позволяет:

Подать напряжение на обмотки возбуждения в нерабочем состоянии электродвигателя, для тестового режима.
В режиме прямого пуска подает напряжение на обмотки возбуждения, для поддержания функции тока статора, и тока скольжения.
При реакторном пуске подача возбуждения после включения шунтирующего выключателя.
Плавный (асинхронный) пуск с устройством высоковольтного плавного пуска.
Обеспечивает синхронный запуск с применением высоковольтного частотного преобразователя.

Электронный возбудитель контролирует и поддерживает нормальную работу. При этом он обеспечивает безопасность оборудования, для чего нужен блок защиты:

Защищает выходные цепи при превышении тока возбуждения от первоначально установленной величины.
Производит защиту входных цепей при превышении сетевых токов предварительно заданный.
Повреждения изолирующего контура.
Аварийного отключения.
От ошибки чередования фаз.
Отсутствия силового напряжения.
Ошибки синхронизации двигателя с параметрами сети.
При аварийной ситуации электронного блока напряжения.
Длительного запуска, отличного от заданного. Длительность пуска задается программным путем. Время превышения пуска считается ошибкой.
Оповещение об асинхронном ходе.
От внешних аварийных ситуаций.
Производится защита от ошибок управления.

Если в комплектации возбудителя предусмотрена защита от снижения сопротивления изоляции внешнего контура, комплектуется дополнительно:

Узлом постоянного контроля параметров сопротивления изоляции с отображением на дисплее.
Наличием сухого контакта в случае уменьшения сопротивления изоляции, менее двух, постоянных значений, которые задаются наладчиками.

Читать еще: Вибрация на холостых оборотах на холодном двигателе

Наличие блока управления позволяет удерживать в пределах допуска напряжение в статоре, а также коэффициент производительности или возбуждения в автоматическом режиме. Характеристики задаются во время пуско-наладочных работ или дистанционно.

Внешний вид и внутренняя конструкция представлена на фото:

Электродвигатели постоянного тока П

Генераторы и электродвигатели постоянного тока П серии охватывают диапазон мощностей от 0,13 до 200 кВт. Машины этой серии соответствуют ТУ 16.514.001-64.

Машины постоянного тока серии П имеют 11 габаритов. Габарит определяется внешним диаметром якоря.

Электродвигатели постоянного тока П, Общие сведения

Генераторы и электродвигатели постоянного тока П применяются в различных отраслях промышленности. Выпуск машин серии П прекращен, поэтому в новых разработках машины этой серии не применяются.
Машины рассчитаны на продолжительный (S1) режим работы на высоте над уровнем моря до 1000 м при температуре окружающего воздуха от 5 до 40 °С и относительной влажности воздуха до 80% при температуре 25 °С и при более низких температурах без конденсации влаги.

Машины серии П изготавливались со степенями защиты от воздействия окружающей среды IP20 и IP54

Двигатели серии П имеют смешанное возбуждение или параллельное и независимое возбуждение при работе в системе генератор — двигатель.
Ток в цепи якоря при пуске ДПТ не должен превышать 4/ном для ДПТ 1 — 7-го габаритов и 3/ном для ДПТ 8 —11-го габаритов.
Электродвигатели допускают регулирование частоты вращения от номинальной путем изменения тока возбуждения при мощности на валу не выше номинальной.
Регулирование частоты вращения вниз от номинальной осуществляется изменением напряжения на якоре при неизменном токе в обмотке возбуждения. Напряжение на обмотке возбуждения при этом должно соответствовать номинальному напряжению якоря.

Охлаждение и вентиляция электродвигателей П.

Двигатели с независимой вентиляцией допускают регулирование частоты вращения вниз от номинальной (до 100 об/мин) изменением напряжения на якоре при моменте вращения не выше номинального.

Двигатели с самовентиляцией допускают регулирование частоты вращения вниз от номинальной (до 100 об/мин) изменением напряжения на якоре.

Электродвигатели П закрытого исполнения с естественным охлаждением 1 —7-го габаритов допускают регулирование частоты вращения вниз от номинальной (до 10 об/мин) изменением напряжения на якоре при моменте вращения, равном номинальному. Степень искрения на коллекторе машин при любой установившейся нагрузке от 0 до 100% номинальной не должна превышать 11/2 по ГОСТ 183-74.

Читать еще: Что может звенеть в двигателе на малых оборотах

Степень искрения при перегрузках и в переходных режимах ослабления поля не оговаривается, но коллектор и щетки после работы в этих режимах должны оставаться в состоянии, пригодном для дальнейшей работы без предварительной чистки коллектора. При этом допускаются следы подгара на краях коллекторных пластин и щеток.

Двигатели серии П изготавливались:

1 — 3-го габаритов — с изоляцией класса А (допускается В);

4 —6-го габаритов — с изоляцией класса В;

7-го габарита защищенного и закрытого исполнения — с изоляцией класса F; обмотки возбуждения — с изоляцией класса В;

8-11 -го габаритов — с изоляцией класса F.

Двигатели защищенного исполнения выполнялись: с самовентиляцией (1 —11-й габариты); с независимой вентиляцией с подводом воздуха по трубам (7—11-й габариты); с независимой вентиляцией от пристроенного вентилятора (4—11-й габариты).

Двигатели закрытого исполнения выпускались:

с естественным охлаждением (типа ПБ 1 — 8-го- габаритов);

с воздухоохладителем, пристроенным наверху двигателя (ПР 5 —7-го габаритов).

Генераторы постоянного тока серии П

Генераторы П выпускались в защищенном исполнении со стабильным и регулируемым напряжением. На стабильное напряжение 115, 230 и 460 В изготовлялись со смешанным возбуждением. По особому заказу генераторы выполнялись с параллельным или независимым возбуждением с напряжением обмотки независимого возбуждения НО, 220 или 460 В.

Генераторы с регулируемым напряжением для зарядки аккумуляторных батарей изготовлялись с параллельным возбуждением на напряжения 110/160 и 220/320 В.

Для машин устанавливались следующие показатели надежности и долговечности: наработка до технического осмотра — 2000 ч, полный ресурс — 8000 ч, вероятность безотказной работы за период 2000 ч — 0,7 при доверительной вероятности 0,9.

Эксплуатация

Первый электровоз выпущен в 2006-м году, после выпуска он был отправлен на эксплуатационные испытания, которые завершились в 2007-м году. С 2008-го года начался серийный выпуск, и на декабрь 2020-го года было построено 439 локомотивов.

Основная часть электровозов ЭП2К была отправлена на эксплуатацию в депо Барабинск, Западно-Сибирской железной дороги — это на сегодняшний день 232 штуки. В депо Ожерелье отправилось 100 локомотивов, это Московская железная дорога. Далее 81-н электровоз поехал на службу в Санкт-Петербург, Октябрьской железной дороги. Оставшиеся 26 локомотивов сейчас эксплуатируются в депо Самары, Куйбышевской железной дороги.

На сегодняшний день производство электровозов продолжается.

Достоинства и недостатки

Универсальный мотор, благодаря особенностям принципа действия имеет свои особенности и недостатки

Достоинства:

Высокий пусковой момент. Устройство может быстро набрать большое количество оборотов как в холодном, так и горячем состоянии.
Высокая удельная мощность. Универсальный мотор может работать с большей выходной мощностью чем аналоги, того же размера.
Небольшая цена. Стоимость мотора чуть выше чем обычного коллекторного и меньше чем бесколлекторного.
Простота конструкции. Несложное устройство обеспечивает простоту обслуживания и ремонта.
Большой общий рабочий ресурс. Основные детали довольно долговечны (за исключением щеток).
Портативность. Небольшие размеры электромотора позволяют использовать его в самых малых приборах (дрель) .
Простота управления. Мотор может регулироваться простым изменением напряжения.

Читать еще: Вибрация двигателя при сбросе газа на холостом ходу

Недостатки:

Шум и вибрация. В основном возникает из-за работы щеток на высоких оборотах.
Низкая эффективность. КПД устройств лежит в диапазоне 55-80%, при работе с переменным током он меньше чем с постоянным.
Неэффективен при работе с малым напряжением. Устройство практически бесполезно при работе с напряжением до 100В.
Щетки быстро изнашиваются. Из-за постоянного контакта щеток с коллектором требуется их периодическая замена или ремонт.
Доп. оборудование для некоторых задач. Эффективные конструкции имеют низкий момент и быстроходность, поэтому иногда необходим дополнительный редуктор.

Управление двухфазными двигателями BLDC

Двухфазные двигатели немного сложнее в управлении. Якорь состоит из 4 катушек, а магнитное поле создается 4 парами постоянных магнитов. Катушки якоря сгруппированы попарно, поэтому двухфазные двигатели имеют больший крутящий момент, чем однофазные.

Двухфазные двигатели обычно используются в некритических низкоуровневых устройствах, таких как большие вентиляторы, поэтому там не требуются сложные контроллеры. В результате двухфазные двигатели мощнее и дешевле. Драйверы, такие как например LB1668M, могут использоваться для их управления.

Тяговые электродвигатель асинхронного типа

На железнодорожном транспорте асинхронный тяговый двигатель долгое время не мог использоваться из-за отсутствия в электроснабжении подвижного состава переменного трехфазного тока. Постепенно развивающееся электротехническое производство позволило создать и усовершенствовать электронику полупроводникового типа.

Таким образом, были созданы преобразователи тока и напряжения, обладающие мощностью, достаточной, чтобы обеспечить энергией асинхронный тяговый двигатель. Ведущую роль в этом деле сыграли мощные транзисторы.

Данные устройства оказались просты и надежны в эксплуатации. У них заметно снизились габаритные размеры и вес в сравнении с двигателями постоянного тока. Асинхронный тяговый двигатель не требует особого технического обслуживания, способен переходить в генераторный режим без специального переключения, а лишь под действием повышенной частоты вращения ротора. Подобная схема существенно упрощает использование системы электрического торможения.

Генератор постоянного тока: устройство и принцип действия

Принцип работы электродвигателя

Устройство генератора: принцип работы

Виды электродвигателей: устройство, принцип работы