Механические характеристики производственных механизмов и электродвигателей - раздел История, Основные сведения. История развития ЭП При Рассмотрении Работы Электродвигателя, Приводящего В Действие Производств...
При рассмотрении работы электродвигателя, приводящего в действие производственный механизм, необходимо выявить соответствие механических характеристик двигателя характеристике производственного механизма.
Зависимость между приведенными к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизма называют механической характеристикой производственного механизма ω = f (Mc), Mc= f(ω). Функция раскрывает свойства механизма, т.е. показывает, какой момент возникает в механизме если его приводить в движение с различными скоростями
| Различные производственные механизмы обладают различными механическими характеристиками. Однако можно получить некоторые обобщающие выводы, если воспользоваться следующей эмпирической формулой для механической характеристики производственного механизма:
где Мс — момент сопротивления производственного механизма при скорости ω (статический момент);
Мо — момент сопротивления трения в движущихся частях механизма;
Mс.ном — момент сопротивления при номинальной скорости ωном;
х — показатель степени, характеризующий изменение момента сопротивления при изменении скорости.
Приведенная формула позволяет классифицировать механические характеристики производственных механизмов ориентировочно на следующие основные категории:
Рисунок 2.5 - Механические характеристики производственных механизмов
1. Не зависящая от скорости механическая характеристика (прямая 1). При этом х=0 и момент сопротивления Мс не зависит от скорости. Такой характеристикой обладают, грузоподъёмные механизмы, где момент сопротивления движению создаётся, главным образом, силой тяжести. Особенностью данной характеристики является то, что момент при подъеме груза несколько превышает момент при спуске груза, что связано с учётом механических потерь в передачах. Характеристика 3 отвечает условиям работы машин, где момент сопротивления определяется, главным образом, силами трения (транспортёры, конвейеры и др.машины). В этом случае момент сопротивления также не зависит от скорости механизма, но при пуске механизма момент трения покоя может существенно превышать момент сил трения при движении.
2. Зависящая от знака скорости механическая характеристика. Характеристика (прямая 2) соответствует машинам с рабочим органом резания, нагрузка является реактивной. Не зависит от величины скорости.
3. Линейно - возрастающая механическая характеристика (прямая 4). В этом случае х = 1 и момент сопротивления линейно зависит от скорости ω, увеличиваясь с ее возрастанием (для упрощения принято Мо = 0). Такая характеристика получится, например, в приводе генератора постоянного тока с независимым возбуждением, если последний будет работать на постоянный внешний резистор.
4. Нелинейно-возрастающая (параболическая) механическая характеристика (кривая 5). Этой характеристике соответствует х=2; момент сопротивления Мс здесь зависит от квадрата скорости. Механизмы, обладающие такой характеристикой, называют иногда механизмами с вентиляторным моментом, поскольку у вентиляторов момент сопротивления зависит от квадрата скорости. К механизмам, обладающим параболической механической характеристикой, относятся также центробежные насосы, гребные винты и т. п. Показатель степени может быть х>2, например, для центробежных насосов, работающих на противодавление.
5. Нелинейно-спадающая механическая характеристика (кривая 6). При этом х=-1 и момент сопротивления Мс изменяется обратно пропорционально скорости, а мощность, потребляемая механизмом, остается постоянной. Такой характеристикой обладают, например, некоторые токарные, расточные, фрезерные и другие металлорежущие станки, моталки в металлургической промышленности и т. п.
6. Механическая характеристика, являющаяся периодической функцией угла поворота рабочего органа механизма.
Рисунок 2.6 – механическая характеристика в функции угла поворота
Такие нагрузки можно представить, если например при резании заготовка имеет в сечении овальную форму. Появление периодических нагрузок могут вызывать нелинейные кинематические связи типа кривошипно–шатунных, кулисных и других механизмов, у которых периодической функцией угла поворота двигателя является радиус приведения.
|
| * - Дополнительные разделы (для общего развития)
© Sens( o )R 2008
|
Приведённые механические характеристики производственных механизмов позволяют оценить, какую нагрузку будет нести электродвигатель в установившемся режиме при различных угловых скоростях, которые необходимо задавать механизму с целью регулирования его производительности в соответствии с изменяющимися технологическими условиями.
Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость его угловой скорости ω или частоты вращения (n) от вращающего момента, т.е. ω=f(М). Почти все электродвигатели обладают тем свойством, что скорость их является убывающей функцией момента двигателя. Так как в установившемся режиме М=Мс, поэтому механическая характеристика двигателя даёт представление о том, как изменяется скорость двигателя от нагрузки на его валу.
|
|
| Рисунок 2.7 - Механические
характеристики двигателей
|
Механические характеристики двигателей подразделяются на естественные - когда двигатель подключается к номинальному напряжению сети без добавочных сопротивлений в цепи якоря, ротора или статора.
Характеристики, получаемые при изменении какого – либо параметра двигателя (U, f, Ф, Rдоб), называются искусственными. Эти характеристики служат для получения различных скоростей вращения в установившемся режиме, а также для ограничения тока, момента, ускорения и т.п. в переходные режимы.
Степень изменения скорости с изменением момента у разных двигателей различна и характеризуется так называемой жесткостью их механических характеристик. Жесткость механической характеристики электропривода — это отношение разности электромагнитных моментов, развиваемых электродвигательным устройством, к соответствующей разности угловых скоростей электропривода, т. е.
Обычно на рабочих участках механические характеристики двигателей имеют отрицательную жесткость β<0. Линейные механические характеристики обладают постоянной жесткостью. В случае нелинейных характеристик их жесткость не постоянна и определяется в каждой точке как производная момента по угловой скорости
Понятие жесткости может быть применено и к механическим характеристикам производственных механизмов. Эти характеристики можно оценивать жесткостью
|
|
| Рисунок 2.7 - Механические
характеристики двигателей
|
Механические характеристики электродвигателей по степени жёсткости можно разделить на четыре основные категории:
1.Абсолютно жесткая механическая характеристика (β=∞) — это характеристика, при которой скорость с изменением момента остается неизменной. Такой характеристикой обладают синхронные двигатели (прямая 1, рис.2.7).
2. Жесткая механическая характеристика — это характеристика, при которой скорость с изменением момента хотя и уменьшается, но в малой степени. Жесткой механической характеристикой обладают двигатели постоянного тока независимого возбуждения, а также асинхронные двигатели в пределах рабочей части механической характеристики (кривая 2 и линейный участок характеристики 4, рис. 2.7).
3. Мягкая механическая характеристика — это характеристика, при которой с изменением момента скорость значительно изменяется. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока последовательного возбуждения, особенно в зоне малых моментов (кривая 3 на рис. 2.7). Для этих двигателей жесткость не остается постоянной для всех точек характеристик.
Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения могут быть отнесены ко второй или третьей группе в зависимости от значения жесткости механической характеристики.
4. Абсолютно мягкая механическая характеристика (β=0) - это характеристика, при которой момент двигателя с изменением угловой скорости остается неизменным. Такой характеристикой обладают, например, двигатели постоянного тока независимого возбуждения при питании их от источника тока или при работе в замкнутых системах электропривода в режиме стабилизации тока якоря (прямая 5 на рис.2.7).
Все темы данного раздела:
Общая структура электропривода
Нельзя представить себе ни одного современного производственного механизма, в любой области техники, который не приводился бы в действие автоматизированным электроприводом. В электроприводе основ
Требования к электроприводу
Сформулируем общие требования к ЭП, как к системе, ответственной за управляемое электромеханическое преобразование энергии, т.е. определим главные показатели, которые характеризуют ЭП.
1.
Состав механической части электропривода
Обычно двигатель приводит в действие производственный механизм через систему передач, отдельные элементы которой движутся с различными скоростями. Часто в рабочих механизмах один из элементов сове
Установившийся режим работы электропривода
Рисунок 2.8 – Режимы работы
электродвигателей
Механические характеристики позволяют просто и наглядно определить
Статическая устойчивость ЭП
Механические характеристики двигателей и производственных механизмов должны подбираться так, чтобы обеспечивать устойчивую работу привода в установившемся режиме.
В статически устой
Переходные режимы работы ЭП
Переходным режимом электропривода называют режим работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, момент и ток.
Причинами возникновения перех
Время ускорения и замедления привода
Поскольку периоды разгона и торможения ЭП обычно снижают эффективность работы механизма, их стремятся сокращать. Особенно важно такое сокращение для приводов механизмов, работающих с частыми пускам
Основные уравнения для ДПТНВ
Напряжение, подводимое к якорной цепи двигателя, в установившемся режиме уравновешивается падением напряжения на сопротивлениях цепи якоря и противо э.д.с. якоря, которая наводится в обмотке якор
Построение механической характеристики
Естественная механическая и скоростная характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеют вид прямых, пересекающих ось ординат, поэтому они могут быть построены по двум точкам
Построение динамических характеристик
При скорости идеального холостого хода, когда ток в якорной цепи равен нулю, ЭДС якоря, направленная навстречу приложенному
Рисунок 3.3 - Динамическая харак
Уравнение характеристик двигателя в относительных единицах
Для сравнения характеристик двигателей различной мощности удобно представить характеристики двигателя в относительных единицах. При этом принимаются следующие базисные величины:
Uб
Основные показатели регулирования угловой скорости электроприводов
Регулированием скорости называется принудительное изменение скорости электропривода в зависимости от требований технологического процесса. Понятие регулирования скорости не следует смешивать с ест
Регулирование скорости ДПТ НВ
Из уравнения скоростной или механической характеристик, вытекает, что возможны три способа регулирования угловой скорости двигателя
1) Изменением напряжения на якоре
2) Изменение
Рекуперативное торможение (генераторное торможение с отдачей энергии в сеть)
Режим рекуперативного генераторного торможения имеет место, когда скорость двигателя превышает скорость холостого хода ω>ω0 . При этом э.д.с. якоря Ея превышае
Динамическое торможение
Происходит при отключении якоря двигателя от сети и замыкании его на резистор, поэтому иногда его называют реостатным торможением. Обмотка возбуждения при этом должна оставаться присоединенной к
Торможение противовключением
(Генераторный режим работы последовательно с сетью)
3.10.3.1 За счёт изменения полярности приложенного напряжения
Изменение направления вращения
Характеристики двигателя с последовательным возбуждением
Рисунок 3.37 - Схема ДПТ последовательного возбуждения
Обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, а следовательно ток возбуждения и пото
Построение характеристик
Для получения общего характера зависимостей можно воспользоваться кусочно- линейной апроксимацией кривой намагничивания двигателя Ф*=f(Iя*).
Первый участок I
Регулирование скорости ДПТПВ изменением сопротивления в цепи якоря
Рассмотрим характерные точки при введении сопротивлений в якорную цепь.
Рисунок 3.40 - Механические характеристики ДПТПВ прт реостатном регулировании
Виды схем замещения
Математическое описание физических процессов в асинхронном двигателе в установившихся процессах выполняют на основе эквивалентных схем замещения. Это делают для одной фазы (ввиду симметричности обм
Установившиеся процессы АД на основе Г-образной схемы замещения.
Упрощенная схема замещения одной фазы асинхронного двигателя приведена на рисунке 4.2, где в обозначениях коэффициенты с индексом 1 относятся к обмотке статора (первичной цепи), а с индексом 2 – к
Вывод уравнения механической характеристики
Электромеханической характеристикой АД называют зависимость между угловой скоростью ротора ω (или скольжением) и током статора I1 или током ротора I’
Механические характеристики асинхронного двигателя в тормозных режимах
В п. 4.3 были рассмотрены механические характеристики асинхронной машины, работающей в двигательном режиме. Однако асинхронный двигатель может работать и в тормозных режимах: рекуперативном, при то
Схемы динамического торможения асинхронного двигателя
На рис. 4.7, а-е представлены различные схемы включения обмоток статора при питании их от источника постоянного тока. В схемах на рис. 4.7, д, е нагрузка всех фаз обмотки статора равномерна, однако
Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором
Для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором нужно принять меры для увеличения пускового момента и снижения пусковых токов. С этой целью в цепь ротора включают добавочное активное сопротивлени
Расчет и построение пусковых характеристик
Для расчета пусковых характеристик нужно задаться значениями момента , при котором происходит переключение ступеней пускового реостата о.е.
Пусковые значения момента , (см. рис. 4.13) нахо
Реостатное регулирование скорости по цепи ротора
Реостатный способ пуска заключается во введении резисторов для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (АДсКЗ) в цепь статора, а для асинхронных двигателей с фазным ротором – в цепь ротор
Реостатное регулирование по цепи статора
Допустимый момент асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при реостатном регулировании по цепи статора резко падает (как это показано штриховой линией на рис. 4.17, б), так как зна
Общие принципы
Если регулировать напряжение, подводимое к трем фазам статора асинхронного двигателя, то можно, отвлекаясь от влияния параметров регулирующего устройства на характеристики двигателя, изменять макс
Регулирование скорости изменением напряжения АД с короткозамкнутым ротором
Механические характеристики двигателя с короткозамкнутым ротором при регулировании напряжения на статоре приведены на рис. 4.18. Из этих характеристик следует, что пределы регулирования весьма огра
Регулирование скорости изменением напряжения АД с фазным ротором
Лучшее использование двигателя и более благоприятные характеристики могут быть получены, если применить двигатель с фазным ротором, в роторную цепь его включить дополнительный нерегулируемый резис
Импульсное изменение напряжения
Для регулирования напряжения используются как тиристорные регуляторы напряжения с фазовым управлением, так и реакторы насыщения, автотрансформаторы и импульсные, например тиристорные или контактны
Общие принципы
Из выражения для угловой скорости асинхронного двигателя:
(4.28)
следует, что угловую скорость можно регулировать, изменяя число пар полюсов
Соотношение магнитных индукций и моментов
Таблица 4.2 Соотношение магнитных индукций
№ рис.
Двойное число полюсов
(обозначение II, рис.4.40)
Одинарное число пол
Механические характеристики при регулировании
Переключение обмоток статора по схемам, изображенным на рис. 4.23, г и д, дает возможность получить момент, вдвое больший при двойном числе полюсов по сравнению с одинарным. Это озна
Особенности регулирования
Практически диапазон регулирования не превышает 6:1 (3000 : 500 об/мин).
Направление регулирования при этом способе является условным и зависит от того, при каком числе полюсов угловая ск
Частотное регулирование угловой скорости асинхронного электропривода
Рисунок 4.27 - Схема АД при частотном регулировании
Частотный способ является одним из наиболее перспективных и широко используемых способов
Каскадные схемы
Параметрические способы регулирования скорости АД (кроме изменения числа пар полюсов) имеют низкие энергетические показатели, так как с увеличением диапазона регулирования растут потери скольжения
Электромеханический каскад
Электромеханический каскад (рис. 4.30), потребляя из сети электрическую мощность передает на вал двигателя М механическую мощность за вычетом потерь мощности в статоре и мощности ско
Машинно-вентильные и вентильные каскады
По элементному составу различают машинные, вентильно-машинные электромеханические и электрические каскады, а также вентильные электрические каскады. На рис. 4.31 приведены схемы машинно-вентильн
Механические характеристики синхронного двигателя
Рисунок 4.35 – Схема синхронного двигателя
Схема включения синхронного двигателя приведена на рис. 4.35. Этот двигатель имеет обычный по своему конструктив
Векторная диаграмма синхронного двигателя
Рассмотрим упрощенную векторную диаграмму синхронного двигателя. На этой диаграмме приняты следующие обозначения:
I - вектор фазного тока статора;
Е, Uс — векторы
Угловая характеристика синхронного двигателя
Зависимость момента синхронного двигателя от угла внутреннего сдвига фаз приведена на рис. 4.39. Наибольшего значения момент двигателя достигает при угле θ = π/2. Эта величина характери
Регулирование скорости синхронного электропривода
Вентильным двигателем (ВД) называется устройство, состоящее из электродвигателя переменного тока (по конструкции аналогичного синхронному) и вентильного коммутатора (преобразователя частоты
Допущения при изучении процессов нагрева двигателей
Условия нагрева отдельных частей машины различны. Большему нагреву подвергаются части обмоток, расположенные во внутренних областях машины. Так же неодинаково и выделение теплоты в различных режима
Вывод уравнения нагрева
Уравнение теплового баланса двигателя при неизменной нагрузке имеет вид:
ΔРdt = Aτdt + Cdτ, (5.1)
где ΔР - количество теплоты (
Кривые нагрева и охлаждения
На рис. 5.2 даны кривые, отображающие процесс охлаждения двигателя. Здесь кривая 1 соответствует уменьшению нагрузки, а кривые 2 и 3 – отключению двигателя от сети.
&n
Коэффициент ухудшения теплоотдачи
У самовентилируемых двигателей открытого исполнения малой и средней мощности постоянная времени составляет около 1 часа, у двигателей закрытого типа большой мощности – 3-4 часа. При отключении само
Номинальные режимы работы электродвигателей
Под номинальным режимом работы электрической машины понимается режим, для которого она предназначена предприятием-изготовителем (ГОСТ 17154-71). Для этого режима в каталогах и паспорте двигателя у
Основные положения выбора двигателей
Род тока для электропитания двигателя (постоянный ток, переменный ток трех- или однофазный промышленной или повышенной частоты) определяется выбором типа двигателя: двигатель постоянного или переме
Рекомендации по выбору двигателей
Для электропривода с глубоким регулированием частоты вращения приходится делать выбор между двигателем постоянного тока и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором при его питании oт регули
Определение расчетной мощности и выбор двигателя
Расчетная мощность двигателя Pрасч (кВт), требуемая для электропривода, определяется величинами статического нагрузочного момента Mс (Н м) на вал
Расчет мощности для некоторых производственных механизмов
Ниже приведены упрощенные формулы для определения расчетной мощности двигателей некоторых типовых установок, работающих в продолжительном режиме S1 с неизменной нагрузкой.
Центробежные вен
Расчет мощности двигателя для продолжительного режима
Выбор конкретного типоразмера двигателя ведется на основании технических требований к электродвигателю: расчетной мощности, требуемой частоты вращения, режима работы, допустимых значений воздействи
Расчет мощности двигателя для кратковременного режима
Задача расчета сводится к определению мощности двигателя , способного выдержать перегрузку Pкр, работая в кратковременном режиме в течение времени tкр (см. рис.
Расчет мощности двигателей при повторно-кратковременном режиме работы
В общем случае каждый период работы tр нагрузочной диаграммы повторно-кратковременного режима (ПКР) может иметь несколько ступеней (рис. 5.13). Для приведения такой диаграммы к ви
Проверка двигателей на достаточность пускового момента и перегрузочную способность
Выбранный для электропривода двигатель необходимо проверить на достаточность начального пускового момента и перегрузочную способность.
Двигатели переменного тока
Определение допустимой частоты включения короткозамкнутых асинхронных двигателей
При малых продолжительностях цикла повторно-кратковременных режимов возрастает доля пусковых и тормозных потерь в общем балансе потерь энергии за цикл и лимитирующими режим в теплов
Новости и инфо для студентов