Нагрузочные диаграммы механизмов непрерывного действия

Различают два вида механизмов непрерывного действия: механизмы непрерывного действия с постоянной нагрузкой М_с=const и механизмы непрерывного действия с переменной нагрузкой М_с=f(t).

Примером механизма с постоянной нагрузкой является вентилятор, работающий обычно длительное время. Так как его нагрузка постоянна, а регулирование скорости не предусматривается, нагрузочная диаграмма двигателя не отличается от нагрузочной диаграммы вентилятора: М=М_с=const; ω=ω_с=const (рис. 6.6а).

Примером механизма с переменной нагрузкой может служить эскалатор метрополитена (аэропорта, магазина и т.п.). В связи с изменениями во времени статической нагрузки скорость электропривода будет изменяться, и возникающие при этом динамические нагрузки будут оказывать влияние на нагрузочную диаграмму двигателя в соответствии с (6.37).

Для анализа степени влияния динамических нагрузок механизмов непрерывного действия на нагрузочные диаграммы двигателей рассмотрим работу электропривода механизма, имеющую нагрузочную диаграмму 1, представленную на рис. 6.6б,г. Цикл работы состоит из четырех участков t₁÷t₄ с соответствующими нагрузками М_с1÷М_с4 с заданной скоростью ω_з=ω_с.ср=const. Естественная механическая характеристика двигателя приведена на рис. 6.6в. Вследствие конечной жесткости механической характеристики изменения нагрузки приводят к изменениям установившейся скорости электропривода, причем время этих переходных процессов определяется в случае Т_э≈0 величиной электромеханической постоянной времени . Таким образом, основное влияние на характер нагрузочной диаграммы двигателя (линия 2 на рис. 6.6) оказывает соотношение длительности участка нагрузочной диаграммы механизма t и электромеханической постоянной времени T_м.

Случай, когда t_i.min>(3÷4)Т_м, представлен на рис. 6.6б. Его характерной особенностью является достижение установившейся скорости ω_c.i на каждом участке в соответствии с механической характеристикой рис. 6.6в. При этом динамические нагрузки, показаны на рис. 6.6б вертикальной штриховкой, незначительно влияют на вид нагрузочной диаграммы двигателя (толстые линии – кривая 2) и на его нагрев, совершенно не влияя на перегрузочную способность, так как М_max=M_c.max.

Качественно другой характер имеет нагрузочная диаграмма двигателя в случае, если t_i.max<Т_м, то есть длительность переходных процессов изменения скорости больше длительности участка нагрузочной диаграммы механизма. Вследствие этого, на каждом участке момент на валу двигателя и его скорость вращения не достигают установившегося значения.

Таким образом, при увеличении нагрузки скорость вращения двигателя будет плавно уменьшаться, а момент плавно увеличиваться, но не до статического значения. То есть двигатель загружается не на полную нагрузку M_с. Это происходит потому, что при уменьшении скорости высвобождается кинетическая энергия инерционных масс, разгружая тем самым двигатель. И наоборот, при уменьшении нагрузки кинетическая энергия за счет увеличения скорости запасается, дополнительно загружая двигатель (момент на валу больше чем статический (рис. 6.6г)). В результате резкопеременная нагрузка на валу двигателя сглаживается.

Если увеличение Т_м произошло за счет увеличения J_Σ при той же жесткости механической характеристики β_е, в нагрузочной диаграмме уменьшается как размах колебаний момента, так и размах колебаний скорости, и в пределе при J→∞ M®M_c.ср=const, а ω→ω_с.ср=const. Сглаживание нагрузочной диаграммы двигателя М(t) приводит к снижению переменных потерь, пропорциональных квадрату момента (тока), а так как М_max<M_c.max, снижаются и требования к перегрузочной способности двигателя.

Этот эффект используется в электроприводах механизмов, работающих с ударной нагрузкой (прессы, кузнечные молоты, ножницы для резки металла, некоторые прокатные станы и т.п.). В таких механизмах для увеличения момента инерции на промежуточный вал передач устанавливается маховик, и поэтому такие электропривода называются маховиковыми. За счет искусственно увеличенных инерционных масс достигается выравнивание нагрузки электропривода и уменьшение установленной мощности двигателя.

При увеличении Т_м за счет уменьшения жесткости механической характеристики (от β_е до β_и на рис. 6.6в), сглаживание нагрузочной диаграммы двигателя М(t), будет аналогичным предыдущему случаю. Но размах колебаний скорости (неравномерность хода) на мягкой характеристике будет в несколько раз больше, чем на жесткой, так как получить нужную кинетическую энергию в этом случае можно только за счет увеличения Δω_max (рис. 6.6в)