Механические характеристики электродвигателей

Классификация статических моментов и сил сопротивления движению

При рассмотрении работы электропривода производственного механизма необходимо, прежде всего, выявить соответствие механических свойств электродвигателя и производственного механизма, изучить их механические характеристики.

Момент нагрузки на валу рабочей машины (момент сопротивления движению) создается различными силами полезных и вредных сопротивлений. Эти моменты сопротивления классифицируются по характеру сил сопротивления движению или по конструкции рабочей машины и особенностям технологического процесса.

По характеру сил сопротивления движению все моменты статического сопротивления делятся на две группы:

Реактивные моменты сопротивления – это моменты, создаваемые силами трения или силами неупругих деформаций – растяжения, сжатия, скручивания или изгиба неупругих тел (силами реакции) и всегда направлены против движения, как показано на рис.2.1,а. (M_c=const). Поэтому характеристика реактивного М_С имеет разрыв непрерывности при изменении знака направления движения (скорости ω). Направления М_С против движения учитываются знаком (–) перед величиной этого момента в уравнении движения (2.1).

Активные (потенциаль­ные) моменты сопротивления – это моменты, создаваемые силой тяжести или силами упругих деформаций (сжатие, скручивание, растяжение). Активные моменты сопротивления называются также потенциальными, так как они являются мерой измерения запаса потенциальной энергии движущихся масс или упруго-деформируемых элементов машин. Примерами активного М_С явля­ются, например, момент сопротивления, возникающий при упругой деформации пружины, момент сопротивления груза в подъемной установке. Активные моменты сопротивления могут быть направлены по движению или против него, то есть могут быть положительными или отрицательными. Например, в уравнении движения (2.1) знак активного момента перед M_С при изменении направления движения не меняется как показано на (рис.2.1,б) для механизмов, в которых момент сопротивления созда­ется массой груза, подвешенного на барабане лебедки подъемника.

Все рабочие машины с точки зрения моментов сопротивления движению по их конструкции и особенностям технологического процесса можно разбить на нес­колько групп, для которых механическая характеристика механизма может быть представлена как зависимость момента сопротивления М_С от различных факторов. Для ряда механизмов таким определяющим фактором явля­ется скорость движения рабочего органа. В этом случае зависимость М_С=f(ω) может быть представлена математически следующим образом:

, (2.3)

где М₀ – момент трения в движущихся частях механизма;

М_СН – мо­мент сопротивления при номинальной скорости ω_н;

х – показатель степени.

На рис.2.2 приведены возможные механические характеристики рабочих машин М_С=f(ω) при реальных значениях х:

- независимая от скорости (постоянный момент) (х=0),M_С =M_СН =const. Такой механической характеристикой обладают рабочие машины, преодолевающие трение (прокатные станы, бумаго­делательные машины и др.), совер­шающие подъем грузов. Мощность в таких рабочих машинах с ростом скорости изменяется линейно, т.е. P=Мω.

- линейная характеристика (х=1), т.е. момент растет линейно, а мощность квадратично со скоростью. Примером такой характеристики является привод генератора постоянного тока с независимым возбуждением, работающего на внешнюю постоянную электрическую нагрузку.

- квадратичная характеристика (х=2), В этом случае момент сопротивления пропорционален квадрату скорости, а мощность – скорости в 3-й степени. Такую механическую характеристику, называемую вентиляторной, имеют механизмы, преодолевающие сопротивление воз­духа, газа или жидкости (вентиляторы, центрифуги, центробежные насосы, дымососы, судовые гребные винты и т.п.).

- нелинейно-спадающая (гиперболическая) характеристика (х=-1) и т.е. момент соп­ротивления обратно пропорционален скорости, мощность примерно посто­янна. Такая характеристика у некоторых токарных и расточных стан­ков, моталок кабельной продукции и др.

Кроме указанных механических характеристик, у которых момент соп­ротивления зависит от скорости рабочей машины, имеются механизмы, определяющие зависимость М_С от других факторов:

- механическая характеристика с зависимостью момента сопротивления от пути, пройденном рабочим органом. В этом случае М_С=f(S) или М_С=f(α), где S и α – соответственно линейное или угловое перемещение рабочего органа. Примером таких механизмов явля­ется шахтный подъемник с неуравновешенным канатом (при больших глубинах шахт масса каната значительно превышает суммарную массу скипа и по­лезного груза), механизмы с кривошипно-шатунной передачей (например, ножницы гильотин­ного типа для резки металлов, поршневые насосы и компрессоры).

- механическая характеристика с зависимостью от случайных величин, когда изменение момента сопротивления определяется случайными факторами (например, появлениями вкраплений породы различной прочности, сказывающейся на нагрузке буровой установки, дробилки, ковша экскаватора). Момент сопротивления у таких рабочих машин определяется по статистичес­ким данным.

Механическая характеристика электродвигателя определяет зависимость его скорости ω от развиваемого им момента M. Часто вместо угловой скорости ω используют внесистемную физическую величину – частоту вращения n, так как эти величины пропорциональны.

(2.4)

В этом случае механической характеристикой электродвигателя называется зависимость частоты вращения n от развиваемого им момента M, т. е. n = f (M). Степень изменения скорости с изменением момента у различных типов электрических машин неодинакова и различаются в зависимости от жесткости механических характеристик (рис.2.3).

Под жесткостью механической характеристики β понимается отношение приращения момента ∆M к приращению скорости двигателя ∆ω:

, (2.5)

где M₁, M_2, ω₁, ω₂ – моменты и угловые скорости соответственно в первой и второй точках механической характеристики.

Рис.2.3 Определение жесткости Рис.2.4 Механические характеристики

механической характеристики электродвигателей

Механические характеристики электродвигателей можно разделить на четыре основных типа, приведенных на рис.2.4, в зависимости от жесткости β: - абсолютно жесткая механическая характеристика, при которой скорость с изменением момента остается неизменной. Из (2.5) следует, что если ∆ω=0, то β=∞. Такой характеристикой обладают синхронные двигатели (прямая 1);

- жесткая механическая характеристика, отличающаяся незначительным изменением угловой скорости с изменением момента. Жесткой механической характеристикой обладают асинхронные двигатели (кривая 2), и двигатели постоянного тока независимого и параллельного возбуждения прямая 4);

- мягкая механическая характеристика отличается значительным изменением угловой скорости с изменением момента. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока последовательного возбуждения (кривая 3) и двигатели постоянного тока смешанного возбуждения (кривая 5);

- абсолютно мягкая механическая характеристика, при которой момент двигателя остается неизменным с изменением угловой скорости. Если ∆ M = 0, то из (2.5) следует β = 0. Абсолютно мягкой механической характеристикой обладают двигатели постоянного тока независимого возбуждения при питании обмотки якоря от источника тока (прямая 6).

Дата добавления: 2015-06-04