36 Режимы работы электродвигателей и ограничения на электромеханические преобразования энергии

Электрическая машина обратима, поэтому она может работать в двух режимах, двигательном итормозном. В двигательном режиме электромагнитная мощность принимается положительной (Р_эм = Мw >0), а в тормозном режиме -отрицательной (Р_эм = Mw < 0).

Каждый тормозной режим является генераторным, так как энергия поступает в электрическую машину с вала, преобразуется в электрическую, отдается в сеть или рассеивается в сопротивлениях, связанных с якорем. Различают три тормозных режима электрической машины:

1) Рекуперативное торможение, т. е. генераторный режим работы электрической машины параллельно с сетью. В этом ре­жиме к двигателю поступает ме­ханическая энергия, которая за вычетом потерь возвращается в сеть в виде электрической энергии (рис. 3.2).

2) Торможение противовключением, т. е. генераторный режим работы электрической машины последовательно с сетью. В режиме противовключения к электрической машине с одной стороны подводится механическая, а с другой - электрическая энергия, и суммарная энергия превращается в потери (рис. 3.3).

3) Динамическое торможение, т. е. генераторный режим работы электрической машины неза­висимо от сети. В этом режиме подводимая к валу механическая энергия преобразуется в электрическую, а затем выделяется в виде потерь (рис. 3.4).

Электромеханическое преобразование энергии сопровождается потерями, которые выделяются в виде тепла в соответствующих ча­стях электрической машины и вы­зывают ее нагревание. Нагревание электрической машины ограничи­вается допустимой температурой. Поэтому первым ограничением преобразования энергии в электродвигателе будет ограничение по нагреву: мощность, момент и ток двигателя не должны превышать значений, допустимых по нагреву. До­пустимые по условиям нагрева дан­ные электродвигателя называются ) номинальными.

Второе ограничение, связанное с преобразованием энергии электродвигателем, состоит в кратковременно допустимом токе и моменте: I_доп, М_доп, которые электродвигатель может безопасно выдерживать заданное время. Отношение этих величин к номинальным называют перегрузочной способностью двигателя.

Для коллекторных машин перегрузочная способность ограничивается в первую очередь условиями коммутации. Реактивная ЭДС в коммутирующей секции обмотки якоря, которая определяет искрение на коллекторе, пропорци­ональна произведению скорости со и тока якоря I. В связи с этим, исходя из допустимой степени искрения на коллекторе, в диапазоне скоростей w > w_ном следует уменьшать допустимое значение тока:

Для обычных двигателей постоянного тока при номинальной скорости

Третье ограничение при преобразовании энергии электродвигателем связа-ю с допустимой скоростью изменения тока. В коллекторных машинах для улуч­шения условий коммутации применяют добавочные полюса. Из-за магнитной инерционности искрение на коллекторе зависит от скорости изменения тока якоря. Для нормальной работы коллекторной электрической машины необхо­димо, чтобы выполнялось условие:

Следует заметить, что ограничение на скорость изменения тока существует и в силовых полупроводниковых приборах, например, тиристорах, хотя она там на порядки выше, чем в двигателях постоянного тока, для которых обычно

В бесколлекторных маши­нах переменного тока (асинх­ронных, синхронных) пере­грузочная способность выше, чем в коллекторных машинах, и ограничивается наибольшим (критическим) моментом, ко­торый может развивать маши­на при данном напряжении и токе возбуждения. •

Максимальное значение скорости двигателя ограничи­вается механической прочно­стью подшипниковых узлов и креплений ротора, а для кол­лекторных машин - главным образом, допустимым значени­ем реактивной ЭДС.

Теперь можно на плоско­сти переменных о)-М выделить облает допустимых значений для длительной и кратковре­менной работы электродвигателя (рис. 3.5),