Механічні характеристики виробничих механізмів і

Електричних двигунів

 

Залежність між приведеними до вала двигуна швидкістю і мо-ментом сил опору виробничого механізму називається механічною характеристикою механізму.

Економічність роботи електродвигунів залежить від відповідно-сті механічної характеристики виробничого механізму механічній характеристиці двигуна.

Різні механізми мають різні механічні характеристики, але біль-шість з них можна представити наступною формулою:

 

, (1.8)

 

де – момент сил опору при швидкості ; – момент опору тертя в рухомих частинах механізму; – момент сил опору при номінальній швидкості ; х –

показник степеня, який показує зале-жність момента сил опору від швидкості.

Залежність (1.8) дозволяє визначити такі основні групи виробничих механізмів:

1. При х = 0

 

, (1.9)

 

тобто момент сил опору не залежить від швидкості (рис.1.4, пряма 1). Таку характеристику мають механізми під-німання вантажу, поршневі помпи при сталій висоті подачі рідини, транспортери при сталій масі матеріалу, що переміщується, тощо.

2. При х = 1 механічна характеристика є лінійно-наростаючою (рис.4, пряма 2) і описується рівнянням

 

. (1.10)

 

Таку характеристику має генератор постійного струму незалежного збудження, який працює на сталий електричний опір.

3. При х = 2 є нелінійною (рис.1.4, крива 3). Її рівняння

. (1.11)

 

Таку характеристику мають вентилятори, відцентрові помпи, гребні гвинти та інші механізми. Її часто називають вентиляторною або параболічною характеристикою.

4. При х = -1 . (1.12)

Залежність (1.12) має вид гіперболи і вона характерна для моталок, момент на валу яких , розточних, фрезерних та інших верстатів (рис.1.4, крива 4).

Для таких механізмів як мішалки, млини, дробарки та інші показник х знаходиться в межах в залежності від механіч-них властивостей матеріалу.

Механічною характеристикою електродвигуна називається за-лежність швидкості від обертового електромагнітного моменту . Всі електродвигуни, крім синхронного, мають здатність зменшувати швидкість зі збільшенням моменту навантаження. Але ступінь зміни швидкості різна і її оцінюють за величиною жорсткос-ті механічної характеристики.

Жорсткість механічної характеристики електропривода – це відношення різниці електромагнітних моментів, які розвиває дви-гун, до відповідної різниці швидкостей, як показано на рис.1.5, тобто

. (1.13)

 

На робочій ділянці характеристики жорсткість від’ємна . Якщо характеристика лінійна, то жорсткість стала . При нелінійній залежності жорсткість не є сталою і її визначають у кожній точці як похідну моменту від швидкості:

. (1.14)

 

Поняття жорсткості використовують і для оцінки механічних характеристик виробничих механізмів. Тоді

 

або . (1.15)

 

В залежності від жорсткості механічні характеристики поді-ляють на чотири основні групи:

1. Абсолютна жорстка механічна характеристика – це характеристика, коли швидкість зі зміною момента не змінються. Таку характеристику мають синхронні двигуни (пряма 1 на рис.1.5).

2. Жорстка механічна характеристика характеризується малим зменшенням швидкості при збільшенні моменту (крива 2 на рис.1.5). Таку характеристику мають двигуни постійного струму незалежного збудження та асинхронні двигуни на робочій частині характеристики (пряма 2 на рис.1.5).

3. Мягка механічна характе-ристика характеризується тим, що зі зміною моменту значно змі-нюється швидкість. Таку характе-ристику мають двигуни постій-ного струму послідовного збуд-ження (крива 3 на рис.1.5).

4. Абсолютно мягка характе-ристика – це така характеристика, при якій момент двигуна при зміні швидкості не змінюється . Таку механічну характе-ристику мають двигуни постійно-го струму при живленні їх від джерела струму або при роботі в системах стабілізації моменту (пряма 4 на рис.1.5).

 

Усталені режими

 

В усталеному режимі момент, який розвиває двигун, зрівнова-жується моментом сил опору і механізм рухається зі сталою швидкістю. На рис.6 показано механічну характеристику асинхронного двигуна (крива 1), механічну характеристику конвеє-ра (пряма 2) та дві характеристики вентиляторів (криві 3 і 4). Точки перетину цих характеристик А і Б визначають усталені режими. Але невідомо, чи робота привода у цих точках буде стійкою.

Під статичною стійкістю розуміють такий усталений режим роботи привода, коли від дії випа-дкового збурення швидкість відхи-литься від усталеного значення, але після зняття цього збурення вона знову повернеться до попе-реднього стану.

Електропривод статично стій-кий, якщо в точці усталеної роботи виконується умова

 

(1.16)

або . (1.17)

У випадку привода конвеєра

і .

У точці А згідно (1.13) додатне, а від’ємне, (як показано на рис.1.6) і тому . Отже, згідно (1.17) робота привода у точці А буде стійкою. В точці Б і додатні, і тому в точці Б робота привода нестійка.

Порівнюючи кути нахилу дотичних до механічних характерис-тик асинхронного двигуна і вентиляторів у тачках А і Б, легко доказати, що робота привода у цих точках буде стійкою.

При проектуванні електропривода механічна характеристика виробничого механізма відома. Тому для забезпечення стійкої роботи в усталеному режимі необхідно підібрати двигун з відповід-ною механічною характеристикою.

 

 

Контрольні запитання і задачі

 

1. Які елементи входять до складу автоматизованого електро-привода?

2. Як поділяють електроприводи за способом розподілу меха-нічної енергії?

3. Як поділяють електроприводи за рівнем автоматизації?

4. Як поділяють замкнені системи керування електроприводами за зміною кутової швидкості?

5. Визначити момент на вала двигуна, якщо момент на валу виробничого механізму і він обертається зі швидкі-стю . ККД передачі . Момент холостого ходу і швидкість двигуна відповідно дорівнюють і .

6. Визначити приведений до вала двигуна момент інерції, якщо момент інерції двигуна , редуктора і виробничого механізму . Коефі-цієнт передачі редуктора .

7. Визначити жорсткість механічної характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження, якщо номінальний момент і номінальне падіння швидкості .

8. Чому дорівнює жорсткість механічної характеристики синх-ронного двигуна?

9. Чи буде стійкою робота електропривода в усталеному режимі, якщо жорсткість механічної характеристики двигуна , , а жорсткість механічної характеристики виробничо-гомеханізму , .

10. На які основні групи поділяють механічні характеристики електроприводів за їх жорсткістю?

 

 

Розділ 2