Файл: Глава 3.doc

Если механическая характеристика прямо-линейна, то ее жесткость постоянна и равна тангенсу угла наклона характеристи-ки к оси ординат; если характеристика криво-линейна, то жесткость определяется танген-сом угла наклона касательной к механической характерис-тике в данной точке. Как правило, жесткость механической харак-теристики двигателей отрицательна. Жесткость характеризует способность двигателя воспринимать приложение нагрузки (момента) на его валу. Из (3.1) следует, что

.

Если при приложении нагрузки скоростьуменьшается незначительно, то механическая характеристика считается жесткой. Если при том же значении прикладываемой нагрузки скорость изменяется значительно, то такую характеристику называют мягкой.

На рис.3.4 показаны естественные механические характеристики основных видов электродвигателей вращательного движения:

1 – двигателя постоянного тока независимого возбуждения; его механическая характеристика имеет высокую жесткость, постоянную во всех точках;

2 – двигателя постоянного тока последовательного возбуждения; жесткость его механической характеристики не постоянна, она мала при малых нагрузках и повышается по мере возрастания момента;

3 – асинхронного двигателя; его механическая характеристика имеет две явно выраженные части: рабочую - с высокой постоянной отрицательной жесткостью и криволинейную часть с переменной положительной жесткостью; вторая часть характеристики используется только во время пуска двигателя;

4 – синхронного двигателя; он имеет абсолютно жесткую механическую характеристику, параллельную оси абсцисс.

Приведенные на рис.3.4 характеристики называют естественными механическими характеристиками. Такие характеристики соответствуют типовой схеме их включения, номинальному напряжению и частоте питания и отсутствию в цепях обмоток двигателя дополнительных элементов.

Искусственные (или регулировочные) механические характеристики получаются, когда с целью регулирования изменяются параметры питающего напряжения или в цепи обмоток вводятся дополнительные элементы (активные или индуктивные сопротивления, полупроводниковые вентили и др.).

---

Зависимость момента сопротивления на валу рабочей машины от скорости (М_с и ω приведены к скорости вала двигателя) называют механической характеристикой рабочей машины. Ее отображают обычно в I квадранте координатного поля М-ω.

На рис.3.5 показаны меха-нические характеристики не-которых рабочих машин. Характеристика 1 соответ-ствует машинам с рабочим органом резания; если тол-щина снимаемого резцом слоя постоянна, то момент сопротивления такой маши-ны не зависит от скорости. Характеристика 2 отвечает условиям работы машин, где момент сопротивления опре-деляется, главным образом, силами трения (транспорте-ры, конвейеры и др. ма-шины). В этом случае момент сопротивления также не зависит от скорости механизма, однако, при пуске механизма момент, создаваемый силами трения покоя может существенно превышать момент сил трения при движении.

Характеристика 3 относится к грузоподъемным механизмам, где момент сопротивления движению создается, главным образом, силой тяжести. Особенностью данной характеристики является то, что момент при подъеме груза несколько превышает момент сопротивления при спуске груза (характеристика 3), что связано с учетом механических потерь в передачах.

Для турбомеханизмов (центробежных и осевых насосов, вентиляторов и компрессоров) момент на валу механизма существенно зависит от скорости – характеристика 4. Для вентиляторов эта зависимость носит квадратичный характер ; в общем случае для турбомеханизмов эта зависимость аппроксимируется выражением.

Характеристикой, близкой к гиперболе , обладают намоточные устройства и другие машины, для которых технологически необходима работа с постоянством мощности.

Отметим, что моменты на валу рабочей машины, определяемые ее механической характеристикой, не учитывают динамической составляющей момента, которая возникает при изменении скорости двигателя .

---

2. Установившийся режим работы электропривода

Установившийся режим работы характеризуется тем, что скорость двигателя и рабочей машины остается в процессе работы постоянной. При этом момент, развиваемый двигателем, и момент сопротивления движению также постоянны. Можно говорить и о квазиустановившемся режиме, когда скорость электромеханической системы изменяется в небольших пределах вследствие изменения нагрузки на валу рабочей машины, но в среднем остается постоянной.

Условием существования установившегося режима работы, как это следует из уравнения движения электропривода (2.8), является равенство момента двигателя и момента сопротивления движению при этом

(3.2)

Графически установившийся режим соответствует точке пересечения механических характеристик электродвигателя и рабочего механизма. На рис.3.6а показаны механические характеристики асинхронного двигателя и вентилятора. Точка пересечения этих характеристик показывает, с какой скоростью и с каким моментом на валу механизма будет работать электромеханическая система двигатель – вентилятор.

На рис.3.6б показаны механические характеристики двигателя постоянного тока с включенным в цепь якоря добавочным сопротивлением и механическая характеристика грузоподъемной лебедки, работающая в режиме спуска груза. Если включить двигатель в направлении подъема груза и растормозить лебедку, то под действием активного момента, создаваемого силой тяжести груза (который превышает положительный момент двигателя при ), груз будет опускаться с возрастающей скоростью. Когда скорость спуска будет такова, что характеристики двигателя и механизма пересекутся, то ускорение прекратится, и спуск груза будет происходить с постоянной скоростью, т.е. электромеханическая система двигатель – лебедка – груз будет работать в установившемся режиме. При этом, т.е. двигатель будет работать в режиме противовключения, создавая нужный по величине подтормаживающий момент на валу барабана лебедки.

М_С

---

Дополнительным условием существования установившегося режима является статическая устойчивость. Смысл этого понятия применительно к установившемуся режиму электропривода заключается в следующем. Если при работе в установившемся режиме по какой-либо причине скорость двигателя изменяется, то в системе возникает динамический момент, который приведет скорость к прежнему установившемуся значению. Проиллюстрируем это положение на примере механических характеристик асинхронного двигателя, приводящим во вращение механизм с постоянным статическим момен-том (рис.3.7).

Имеются две скорости, при которых . Рассмотрим работу в т.1. Если под воздействием кратковременного возмуще-ния скорость привода увеличилась на некоторую величину, то момент двигателя уменьшится. По-скольку статический момент остается постоянным, возни-кает отрицательный (тормоз-ной) динамический момент, вследствие чего скорость двигателя снижается дои равенствовосстанавливается. Если скорость привода снизится на величинуотносительно, то момент двигателя возрастет, появится положительный динамический момент, и скорость двигателя вновь вернется к значению. Проведенный анализ показывает, что работа в установившемся режиме в точке 1 является устойчивой.

Рассмотрим работу привода в точке 2. Если скорость по случайной причине отклоняется от величины , например возрастет, то момент двигателя также возрастет, появится положительный динамический момент, благодаря которому скорость двигателя будет увеличиваться до тех пор, пока не достигнет величины, т.е. привод перейдет на работу в т.1. Если скорость уменьшится по отношению к, то уменьшится и момент двигателя, появится отрицательный динамический момент, скорость будет уменьшаться, и двигатель остановится. Таким образом, устойчивая работа привода в точке 2 невозможна.

---

Условие устойчивости установившегося режима выражается неравенством ,

где β и β_С – жесткость механической характеристики двигателя и рабочего механизма в точке установившегося режима.

Действительно, в точке 1 в точке 2т.е. режим неустойчив.

---