Механические характеристики электродвигателей и производственных механизмов

При проектировании электропривода электродвигатель должен выбираться так, чтобы его механические характеристики соответствовали механическим характеристикам производственного механизма. Механические характеристики дают взаимосвязь переменных в установившихся режимах.

Механической характеристикой механизма называют зависимость между угловой скоростью и моментом сопротивления механизма, приведенными к валу двигателя) ω = f(Mс).

Рис. 1. Механические характеристики механизмов

Среди всего многообразия выделяют несколько характерных типов механических характеристик механизмов:

1. Характеристика с моментом сопротивления, не зависящим от скорости (прямая 1 на рис. 1). Независимая от скорости механическая характеристика графически изображается прямой, параллельной оси вращения, в данном случае вертикалью. Такой характеристикой обладают, например, подъемные краны, лебедки, поршневые насосы при неизменной высоте подачи и др.

2. Характеристика с моментом сопротивления линейно зависящим от скорости (прямая 2 на рис. 1). Такая зависимость присуща, например, приводу генератора постоянного тока с независимым возбуждением, работающему на постоянную нагрузку.

Для оценки свойств механических характеристик электропривода используют понятие жесткости характеристики. Жесткость механической характеристики определяется по выражению

где d М – изменение момента двигателя; d ω д – соответствующее изменение угловой скорости.

Для линейных характеристик значение β остается постоянным, для нелинейных – зависит от рабочей точки.

Используя это понятие, характеристики, приведенные на рис. 2, можно качественно оценить так: 1 – абсолютно жесткая ( β = ∞ ); 2 – жесткая; 3 – мягкая.

Жесткой характеристикой принято считать такую, у которой изменение скорости не превышает приблизительно 10% номинальной скорости при изменении нагрузки от нуля до номинальной.

Для большинства производственных механизмов используют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, имеющие жесткую механическую характеристику.

Все механические характеристики электродвигателей делятся на естественные и искусственные.

Естественная механическая характеристика относится к условиям работы двигателя с номинальными значениями параметров.

Например, для двигателя с параллельным возбуждением естественная характеристика может быть построена для случая, когда напряжение на якоре и ток возбуждения имеют номинальные значения, а в цепи якоря отсутствует добавочное сопротивление.

Естественная характеристика асинхронного двигателя соответствует номинальному напряжению и номинальной частоте переменного тока, подводимого к статору двигателя при условия отсутствия добавочного сопротивления в цепи ротора.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Определение жесткости механической характеристики

Жесткость механической характеристики определяется котангенсом угла наклона касательной в данной точке механической характеристики электродвигателя к оси момента.Механические характеристики электродвигателей по их жесткости разделяются на:1) абсолютно жесткую механическую характеристику, которую имеет синхронный электродвигатель; угловая скорость его вала с изменением момента остается неизменной; 2) жесткую механическую характеристику, которую имеет асинхронный электродвигатель (в рабочем ее участке) и электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением; угловая скорость их вала с увеличением момента уменьшается, но в малой степени; 3) мягкую механическую характеристику, которую имеет электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением; угловая скорость его вала с увеличением момента уменьшается в значительной степени.

Жесткость механической характеристики является очень важным параметром, т.к. отражает изменение скорости двигателя при изменении нагрузочного момента. Если скорость постоянна при любом моменте, то характеристика называется абсолютно жесткой, если же она изменяется от до при постоянном моменте, то характеристика абсолютно мягкая. Таким образом, жесткость характеристики определяется сопротивлением цепи якоря и магнитным потоком. При номинальном потоке и отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря, жесткость характеристики двигателя параллельного возбуждения высокая и отклонение скорости от скорости холостого хода при номинальном моменте составляет 2-8%. Двигатели с такой жесткой характеристикой могут использоваться в приводе, где требуется, чтобы скорость вращения при изменении нагрузки оставалась практически постоянной.

пример механизма с абсолютно жесткой механической характеристи­ки.

Устойчивость установившегося режима

Установившийся режим характеризуется состоянием равновесия системы двигатель – нагрузка относительно координаты ω. Как и всякое состояние равновесия, установившийся режим может быть устойчивым и неустойчивым. Известно, что критерием статической устойчивости системы является условие возникновения усилия, стремящегося при выведении системы из состояния равновесия вернуть ее в это состояние. Чтобы сформулировать условие статической устойчивости электропривода рассмотрим электромеханическую систему, состоящую из двигателя и рабочей машины, механические характеристики которых представлены на рис. 1.4.а. При этом характеристика двигателя 1 имеет отрицательную жесткость (β 0,ΔM

Теперь предположим, что в той же системе двигатель имеет характеристику 2 с положительной жесткостью (β>0), рис. 1.4.б. Нетрудно показать, что в этом случае при принудительном перемещении рабочей точки из равновесного положения 1 в положение 2, привод не может вернуться в точку равновесия 1 (после снятия воздействия), так как динамический момент, возникший в результате выведения системы из равновесия (ΔM>0), будет ускорять привод, т.е. способствовать дальнейшему увеличению скорости. Можно отметить, что в первом случае приращение момента и приращение скорости имели противоположный знак, а во втором – одинаковый.

Из этих двух примеров можно заключить, что необходимым и достаточным условием обеспечения устойчивости установившихся режимов является противоположность знаков приращения скорости и приращения момента, возникающих в результате принудительного выведения системы из состояния равновесия. Формально это условие запишется выражением (1.20) β−β_с

Если механические характеристики двигателя и рабочего органа линейны, устойчивость установившегося режима достаточно проверить по выражению (1.20) в одной точке. В противном случае, например, в приводах с асинхронными двигателями устойчивость необходимо проверять во всей области существования характеристик.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 18 ; Нарушение авторских прав

Источник

Механические характеристики производственных механизмов и электрических двигателей. Понятие жесткости механической характеристики

Для правильного и экономичного использования электродвигателей необходимо выявить механических характеристик двигателя характеристике производственного механизма.

Зависимость между приведенными к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизма называют механической характеристикой производственного механизма.

Различные производственные механизмы обладают различными механическими характеристиками. Однако можно выделить отдельные категории механизмов на основании вида механической характеристики. Общий вид характеристики

,

где – момент сопротивления производственного механизма при скорости ; – момент сопротивления трения в движущихся частях механизма; – момент сопротивления при номинальной скорости ; x – показатель скорости.

1. Не зависящая от скорости механическая характеристика (прямая 1 на рис. 2.8, а). показатель степени и момент не зависит от скорости. Такой характеристикой обладают подъемные краны, лебедки, механизмы подач металлорежущих станков, поршневые насосы при неизменной высоте подачи. Сюда же можно отнести механизмы, у которых основным моментом сопротивления является момент трения.

2. Линейно-возрастающая механическая характеристика (прямая 2 на рис. 2.8, а) В этом случае и момент сопротивления линейно зависит от скорости . Главный привод некоторых станков.

3. Параболическая механическая характеристика (кривая 3 на рис. 2.8, а). Этой характеристике соответствует . Механизмы, обладающие такой зависимостью, называют механизмы с чисто-вентиляторной нагрузкой. Сюда относят центробежные насосы, гребные винты.

4. Нелинейно-спадающая механическая характеристика (кривая 4 на рис. 2.8, а). При этом и момент сопротивления изменяется обратно-пропорционально скорости, а мощность потребляемая механизмом остаётся постоянной. В эту группу относят некоторые токарные, расточные, фрезерные станки, моталки в металлургическом производстве.

Существуют механизмы и с промежуточными характеристиками.

Механической характеристикой электродвигателя называют зависимость его угловой скорости от вращающего момента . Наиболее распространённые виды характеристик двигателей представлены на рис. 2.8, б.

а	б
Рис. 2.8. Механические характеристики производственных механизмов (а) и электродвигателей (б)

Механическая характеристика характеризуется жесткостью. Под жесткостью понимают отношение приращения момента к приращению скорости, которое было вызвано приращением момента. Жесткость механической характеристики показывает, как (насколько) изменяется скорость двигателя (механизма) при изменении момента на валу двигателя (статического момента). В общем случае жесткость вычисляется по формуле

.

Для линейных механических характеристик производные могут быть заменены приращениями

.

Механические характеристики двигателей в зависимости от жесткости могут быть разделены на следующие категории:

1. Абсолютно жесткая механическая характеристика ( ) – скорость при изменении момента остаётся неизменной. Такой характеристикой обладают синхронные двигатели (прямая 1 на рис. 2.8, б).

2. Жесткая механическая характеристика. Скорость двигателя уменьшается не значительно при изменении момента. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ с НВ). И асинхронные двигатели (АД) в пределах рабочей характеристики (прямая 2 и кривая 3 на рис. 2.8, б).

3. Мягкая механическая характеристика – при изменении момента значительно меняется скорость (кривая 3 на рис.2.8, б). Такой характеристикой обладают ДПТ с последовательным возбуждением, особенно в зоне малых моментов.

4. Абсолютно мягкая механическая характеристика ( ) – такая характеристика, при которой момент двигателя при изменении скорости остаётся неизменным. Такими характеристиками обладают замкнутые САР тока при работе в режиме ограничения тока якоря.

Асинхронный двигатель обладает механической характеристикой с переменной жесткостью.

Источник

Жёсткость механической характеристики

Дата добавления: 2014-10-07 ; просмотров: 4354 ; Нарушение авторских прав

Вначале введем понятие «механическая характеристика двигателя».

На практике важно знать, как связаны между собой два важных эксплуатационных

параметра – электромагнитный момент двигателя, зависящий от механической нагрузки и скорость двигателя.

Для этого в теории электропривода используют т.н. механические характеристики.

Механической характеристикой двигателя, независимо от рода тока, называют зави

симость угловой скорости вала двигателя ω ( далее – двигателя ) от электромагнитного момента двигателя М, т.е зависимость ω (М).

Поэтому в теории электропривода для изображения графиков механических харак

теристик электродвигателей и механизмов ( более подробно – ниже ) принята прямоуголь-

система координат ω ( М ), где: ω – угловая скорость якоря ( ротора ) электродвигателя,

рад /с ( с ), М – электромагнитный момент электродвигателя, Нм ( рис. 1.1 ).

Рис. 1.1. Система координат ω (М), применяемая для изображения характеристик электродвигателей

Каждая механическая характеристика описывается соответствующим уравнением

( более подробно – см. ниже ).

В качестве примера рассмотрим механические характеристики двух типов двигате-

лей – синхронного ( переменный ток ) и параллельного возбуждения ( постоянный ток ).

постоянного тока параллельного возбуждения

Как следует из рисунка, механическая характеристика синхронного двигателя 1 представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс ( оси М ). Это означает, что при любом значении электромагнитного момента двигателя М скорость двигателя ω не изменя

Такая характеристика подсказывает область применения синхронных двигателей – они применяются там, где требуется стабильность скорости, например, в электроприводах гребных электрических установок, мощных компрессоров газовых трубопроводов и т.п.

Механическая характеристика двигателя постоянного параллельного возбуждения 2 представляет собой прямую, слабо наклоненную к оси абсцисс ( оси М ). Это означает, что при значительном изменении электромагнитного момента двигателя М скорость двига

теля ω изменяется незначительно.

Такие двигатели применяются там, где при изменении нагрузки механизма в широ-

сов, вентиляторов и т.п.

Жёсткостью механической характеристикиназывают величину, равную отноше-

нию приращению момента к приращению угловой частоты:

где Δ М – приращение электромагнитного момента двигателя, выраженное в отно-

Δω – то же, для угловой скорости.

Для синхронного двигателя жёсткость механической характеристики

На практике удобно применять более понятную обратную физическую величину – крутизну механической характеристики

k = 1 / β = Δω / Δ М ( 9 ).

Иначе говоря, эта характеристика показывает, как изменяется скорость двигателя при изменении его электромагнитного момента.

Для синхронного двигателя Δω = 0, поэтому крутизна

k = 1 / β = Δω / Δ М = 0 / Δ М = 0.

Для остальных типов двигателей, кроме синхронных, крутизна находится в преде

лах k = 0,1…0,9, т.е. при изменении электромагнитного момента М его скорость изменяется незначительно ( например, k = 0,1 ) или значительно (k = 0,9 ).

Например, для двигателя постоянного тока параллельного возбуждения k = 0,1…

…0,15, т.е. скорость двигателя практически стабильна при любой нагрузке.

Источник

Механические характеристики производственных механизмов и электрических двигателей. Понятие жесткости механической характеристики

Для правильного и экономичного использования электродвигателей необходимо выявить механических характеристик двигателя характеристике производственного механизма.

Зависимость между приведенными к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизма называют механической характеристикой производственного механизма.

Различные производственные механизмы обладают различными механическими характеристиками. Однако можно выделить отдельные категории механизмов на основании вида механической характеристики. Общий вид характеристики

,

где – момент сопротивления производственного механизма при скорости ; – момент сопротивления трения в движущихся частях механизма; – момент сопротивления при номинальной скорости ; x – показатель скорости.

1. Не зависящая от скорости механическая характеристика (прямая 1 на рис. 2.8, а). показатель степени и момент не зависит от скорости. Такой характеристикой обладают подъемные краны, лебедки, механизмы подач металлорежущих станков, поршневые насосы при неизменной высоте подачи. Сюда же можно отнести механизмы, у которых основным моментом сопротивления является момент трения.

2. Линейно-возрастающая механическая характеристика (прямая 2 на рис. 2.8, а) В этом случае и момент сопротивления линейно зависит от скорости . Главный привод некоторых станков.

3. Параболическая механическая характеристика (кривая 3 на рис. 2.8, а). Этой характеристике соответствует . Механизмы, обладающие такой зависимостью, называют механизмы с чисто-вентиляторной нагрузкой. Сюда относят центробежные насосы, гребные винты.

4. Нелинейно-спадающая механическая характеристика (кривая 4 на рис. 2.8, а). При этом и момент сопротивления изменяется обратно-пропорционально скорости, а мощность потребляемая механизмом остаётся постоянной. В эту группу относят некоторые токарные, расточные, фрезерные станки, моталки в металлургическом производстве.

Существуют механизмы и с промежуточными характеристиками.

Механической характеристикой электродвигателя называют зависимость его угловой скорости от вращающего момента . Наиболее распространённые виды характеристик двигателей представлены на рис. 2.8, б.

а	б
Рис. 2.8. Механические характеристики производственных механизмов (а) и электродвигателей (б)

Механическая характеристика характеризуется жесткостью. Под жесткостью понимают отношение приращения момента к приращению скорости, которое было вызвано приращением момента. Жесткость механической характеристики показывает, как (насколько) изменяется скорость двигателя (механизма) при изменении момента на валу двигателя (статического момента). В общем случае жесткость вычисляется по формуле

.

Для линейных механических характеристик производные могут быть заменены приращениями

.

Механические характеристики двигателей в зависимости от жесткости могут быть разделены на следующие категории:

1. Абсолютно жесткая механическая характеристика ( ) – скорость при изменении момента остаётся неизменной. Такой характеристикой обладают синхронные двигатели (прямая 1 на рис. 2.8, б).

2. Жесткая механическая характеристика. Скорость двигателя уменьшается не значительно при изменении момента. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ с НВ). И асинхронные двигатели (АД) в пределах рабочей характеристики (прямая 2 и кривая 3 на рис. 2.8, б).

3. Мягкая механическая характеристика – при изменении момента значительно меняется скорость (кривая 3 на рис.2.8, б). Такой характеристикой обладают ДПТ с последовательным возбуждением, особенно в зоне малых моментов.

4. Абсолютно мягкая механическая характеристика ( ) – такая характеристика, при которой момент двигателя при изменении скорости остаётся неизменным. Такими характеристиками обладают замкнутые САР тока при работе в режиме ограничения тока якоря.

Асинхронный двигатель обладает механической характеристикой с переменной жесткостью.

Источник