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).