Электрические двигатели в регулируемых электроприводах. Двигатели постоянного тока. Ограничения, накладываемые на режимы преобразования энергии в машинах постоянного тока, страница 2

Процессу преобразования электрической энергии в механическую соответствует двигательный режим ЭМП. При этом поступающая от источника питания электрическая мощность Р₁ преобразуется в механическую мощность Р_мех. В процессе преобразования часть мощности (DР) теряется в различных элементах ЭМП (рис. 1.1,а). Направление потока энергии от источника питания к механизму, который использует механическую мощность Р_мех, будем называть прямым.

При обратном направлении потока энергии подводимая к валу электрической машины механическая энергия, характеризуемая мощностью Р_мех, преобразуется в электрическую энергию. Вырабатываемая электрическая энергия при этом может быть использована по-разному.

Одним из важных вариантов является работа двигателя в режиме генератора, когда выработанная двигателем электрическая энергия передается источнику питания (в сеть). Этот режим в теории электропривода принято называть режимом рекуперации или рекуперативного торможения (рис. 1.1,б)

Возможен так же режим, при работе в котором якорная цепь двигателя отключается от источника и подключается к силовому сопротивлению. При этом обмотка независимого возбуждения (для двигателей с независимым и смешанным возбуждением) по-прежнему получает питание от источника возбуждения. Созданный таким образом режим работы двигателя называется режимом динамического торможения. Двигатель работает автономным генератором, не связанным с сетью, а вся вырабатываемая электрическая энергия теряется в якорной цепи (рис. 1.1,в).

Существует также такой режим работы, в котором двигатель продолжает потреблять электрическую энергию от источника питания. При этом и потребляемая от источника энергия, так и электрическая энергия, полученная путем преобразования механической энергии, теряется в якорной цепи (рис. 1.1,г). рассматриваемый режим называют режимом торможения противовключением.

При прямом направлении потока энергии отдаваемую двигателем механическую мощность Р_мех принято считать положительной. Учитывая, что Р_мех=М×w, где М – развиваемый момент двигателя, w –угловая скорость вращения вала двигателя, в координатах w-М двигательному режиму соответствуют нечетные (первый и третий) квадранты (рис. 1.1 д). Обработку направленного потока энергии соответствуют отрицательная механическая мощность и четные (второй и четвертый) квадранты определяют область тормозных режимов работы электромеханического преобразователя.

1.2  Ограничения, накладываемые на режимы преобразования энергии в машинах постоянного тока.

Процессы электромеханического преобразования энергии сопровождаются потерями в сопротивлениях обмоток, в стали магнитопроводов, а также механическими потерями. Выделяемые в двигателе потери вызывают нагревание его составных частей. Потери энергии в двигателе представляют в виде суммы постоянных и переменных потерь. Переменные потери представляют собой потери в активных сопротивлениях силовых цепей, мощность которых пропорциональна квадрату тока.

Увеличение количества энергии, преобразуемой двигателем, влечет за собой увеличение тока в якорной цепи и соответствующее возрастание переменных и общих потерь. При этом увеличивается количество теплоты, выделяемой в двигателе, что приводит к повышению температуры его составных частей. Наиболее чувствительной к изменению температуры частью электрической машины является изоляция обмоток. Поэтому максимально допустимая температура нагревания двигателя ограничивается максимально допустимой температурой нагрева изоляции. Превышение допустимой температуры вызывает ускоренное сгорание изоляции и сокращение срока службы электрической машины. Следовательно, одним из основных ограничений, накладываемых на процессы электромеханического преобразования энергии, явление ограничения по нагреву двигателя.

Температура нагревания двигателя определяется как уровнем выделяемых в двигателе потерь, так и временем их действия. Вследствие значительной тепловой инерционности кратковременно (в течение секунд, минут) выделяемые потери не могут вызвать заметного изменения температуры двигателя. Поэтому ограничения, накладываемые нагревом, не исключают возможности кратковременного превышения номинальной нагрузки двигателя I_н.