Понятие механической характеристики двигателя и механизма

Статической механической характеристикой двигателя называется зависимость скорости от момента двигателя. w=¦(М). Почти все электродвигатели обладают тем свойством, что скорость их является убывающей функцией момента двигателя. Это относится ко всем обычным электродвигателям, применяемым в промышленности, то есть к двигателям постоянного тока независимого, последовательного и смешанного возбуждения, а также к асинхронным бесколлекторным и коллекторным двигателям переменного тока. Однако степень изменения скорости с изменением момента у разных двигателей различна и характеризуется так называемой жесткостью их механических характеристик.

Жесткость механической характеристики электропривода – это отношение приращения момента, развиваемых электродвигательным устройством, при изменении скорости, к соответствующей разности угловых скоростей электропривода:

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

β =

Жесткость механической характеристики в геометрическом смысле – это наклон механической характеристики двигателя.

Если сравнить характеристики 1 и 2, то характеристика 1 более мягкая, т.к. наклон ее меньше

DМ₁>DМ₂ Þ b₁>b₂, так как и .

Механические характеристики электродвигателей 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 на рис.1).

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 на рис.1).

Для асинхронного двигателя жесткость в различных точках механической характеристики различна. Между максимальными (критическими) значениями моментов в двигательном Мк,д и генераторном Мк,г режимах характеристика асинхронного двигателя имеет сравнительно большую жесткость.

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). 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 4 на рис. 2).

Механическая характеристика рабочей машины – это зависимость скорости рабочей машины от момента сопротивления, который она создает w=¦(М_с).

Механические характеристики описывают нагрузку на электропривод.

Классификация типовые нагрузок:

1. активный момент сопротивления М_с=const

Пример: привод лебедки подъемного крана.

Нагрузка способна сама приводить в действие механизм, поэтому ее называют активной. Конструкции необходимо предусмотреть стояночный тормоз.

2. реактивный момент сопротивления М_с=const (нагрузка типа постоянства момента)

Характерно для механизмов типа "сухого трения".

М_с=М₀sign(w).

w>0 Þ М_с>0; w<0 Þ М_с<0.

Реактивный момент является реакцией на скорость w.

3. вязкое трение

М_с= α _в.т ω

Момент сопротивления пропорционален скорости.

Нагрузка характерна для вязких сред.

bвт – коэффициент вязкого трения.

4. вентиляционный момент

М_с=kw²sign(w).

Характерно для центробежных вентиляторов и насосов.

Если закрыть входное отверстие уменьшится момент нагрузки.

P=M_cw - мощность.

5. постоянство мощности P=const

, где Р_с =const.

Часто используется для главных приводов станочных механизмов (токарных, фрезерных, расточных, шлифовальных и других станков).

w_max∙M_min=w_min∙M_max=const.

Рассмотрим токарную обработку:

w= const, F_p= const.

Для строгального станка:

Р₁=v_min∙F_max – рабочий ход, Р₁=v_max∙F_min – холостой ход.

Р₁»Р₂=const.

Особенности выбора двигателя:

При P₁=5 кВт получим P_дв=5∙100=500 кВт.

Непосредственный выбор двигателя по предельным показателям приводит к завышению установленной мощности двигателя в D_w раз, где D_w – диапазон регулирования скорости. На самом деле мощность двигателя может быть снижена специально, выбором диапазона регулирования скорости.

Для ДПТ НВ – это управление скоростью по токам возбуждения.