Общие сведения об электрических машинах. Электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую, страница 5

На рис. 5-11 представлены механические характеристики, которые при свободном обмене энергией между двигателем и сетью могут располагатьсяв любом из четырех квадрантов координатной системы М-.  При этом обеспечиваются  все возможные режимы (двигательный и тормозные) электрической машины. Характеристики 1 и 5, построенные для случая    являются естественными механическими характеристиками для двух противоположных направлений вращения двигателя. 

Характеристики 2  и 3 соответствуют увеличенному на  и  сопротивлениюякорной цепи, 4 - характеристика динамического торможения.

Характеристики  рис. 5-11 построены в функции  электромагнитного момента, момент же на валу двигателя меньше на величину момента потерь (в основном за счет трения между  щетками и коллектором). 

У двигателей малой мощности момент потерь двигателя  относительно велик и может быть определен по  паспортным данным двигателя. Поскольку в двигательном режиме  момент на  валу двигателя  меньше электромагнитного момента на величину момента потерь, а в тормозном – больше на такую же величину,  то механическая характеристика двигателя  при  терпит излом (рис.5-12).

На рис.5-13 показаны механические характеристики при изменении напряжения в цепи якоря.

          Следует отметить, что обозначенные на рис.5-11 режимы работы электрической машины характерны не только для машин постоянного тока, но и для любых других типов машин.

Двигательный режим характеризуется потреблением электрической  энергии и преобразованием её в механическую энергию за вычетом потерь:      

Рис.5-13

Механические характеристики для двигательного режима располагаются в  1 и 4 квадрантах координатной системы , где знаки скорости и момента совпадают, и относятся к двум различным направлениям вращения ротора двигателя.

Во втором (четвертом) квадранте при скорости машины превышающей значение скорости идеального холостого хода ( при  ) ЭДС, наводимая в обмотке ротора при его вращении, становится больше напряжения источника питания. В соответствии с (5-6) ток двигателя изменит направление и электрическая энергия от электрической машины начнет поступать в источник питания (сеть). Возникает режим рекуперативного торможения с отдачей энергии в сеть или источник питания.  Такой режим возможен при поступлении энергии от источника механической энергии (двигатель любого типа, опускающийся груз на грузоподъемном барабане и т.п.). Механическая энергия, поступающая со стороны вала двигателя преобразуется в электрическую за вычетом потерь:

.

Точка пересечения механической характеристики с осью скоростей  является граничной и называется скоростью идеального холостого хода. Она  не относится ни к одному из режимов, т.к. мощность машины в этой точке равно нулю

Режим рекуперативного торможения энергетически весьма целесообразен, т.к. позволяет полезно использовать механическую энергию, потребляемую с вала машины.

При переходе механической характеристики из первого квадранта в четвертый (из третьего во второй) она  пересекает ось моментов, при этом изменяется знак скорости при сохранении знака момента. Изменение направления вращения ротора приводит к изменению знака ЭДС, которая теперь складывается с напряжением источника питания и их сумма определяет ток машины.

.

Такой режим получил название режима противовключения, т.к. направление вращения ротора двигателя не совпадает с направлением вращения на холостом ходу. В режиме противовключения энергия потребляется как из источника питания, так и с вала двигателя, а выделяется на сопротивлении якорной цепи.

Третий тормозной режим – режим динамического торможения получается при отключении обмотки ротора от сети и замыкании ее на сопротивление.

Ротор двигателя не получает питания, а машина работает генератором. Нагрузкой генератора является сопротивление динамического торможения . Если обмотка ротора замкнута накоротко, т.е. , нагрузкой генератора служит собственное сопротивление обмотки ротора.