Механические характеристики рабочих машин и электродвигателей

Механической характеристикой рабочей машины называется зависимость угловой скорости вала от момента сопротивления на валу машины.

Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость угловой скорости вала от вращающего момента развиваемого двигателем.

Механические характеристики рабочих машин и механизмов разнооб­разны, каждая машина имеет свои особенности, а, следовательно, и свою характеристику. Однако механические характеристики некоторых машин и механизмов имеют общие закономерности, благодаря которым их можно объединить в отдельную группу. В то же время есть общие закономерности и для всех машин, что позволяет получить общее уравнение для механиче­ских характеристик всех машин и механизмов.

Общее уравйение механической характеристики:

где М_с - момент сопротивления рабочей машины при скорости , Нм;

М_о - момент сопротивления рабочей машины отнесенный к скорости =0 ( момент сопротивления трения во всех движущихся частях механизма при его холостом ходе и при номинальной частоте вращения механизма);

М_сн - момент сопротивления рабочей машины при номинальной

угловой скорости _н, Нм;

 - угловая скорость вала машины, рад/с;

_н - номинальная угловая скорость вала машины, рад/с;

х - показатель степени, характеризующий изменение момента сопротивления механизма при изменении его угловой скорости.

Он зависит от типа машины, может быть числом целым и дробным, положительным и отрицательным.

Номинальный момент сопротивления можно определить:

где Р_сн - номинальная мощность рабочей машины.

Иногда в расчетах вместо угловой скорости ю вала, выраженной в рад/с, используют внесистемную единицу частоты вращения вала n, выраженную в мин^-1 . Связь между ними можно показать зависимостью:

Все существующие механизмы обычно разбивают на четыре класса.

1 .К машинам первого класса относятся такие,у которых момент с

1

опротивления не зависит от угловой скорости, т.е. М_с = const, как показано на графике М _с = f (). Например, это подьемные краны, лебедки, лифты, конвейеры с постоянной загрузкой и некоторые другие механизмы. У данного класса механизмов момент равен произведению силы на плече, как у подъемных м еханизмов, поэтому механические характеристики их получили название крановых. Уравнение имеет вид:

х=0 М_с = М_сн

2. Машины второго класса - это те, у которых статистический момент пропорционален угловой скорости, как это показано на графике. Их механическая характеристика имеет линейно-возрастающий характер, ее можно выразить уравнением прямой линии. К данному классу относятся, например, генераторы постоянного тока с независимым возбуждением, работающие на постоянное сопротивление. При этом

х=1

3. Машины, у которых статистический момент пропорционален квадрату угловой скорости, относятся к третьему классу. Это машины, работа которых основана на законах аэрогидродинамики (центробежные насосы, вентиляторы, пропеллеры, гребные винты) Поэтому такую характеристику называют вентиляторной, а машины - машинами с вентиляторным моментом. Уравнение в этом случае:

х=2

4.К машинам четвертого класса относят такие, у которых статистический момент обратно пропорционален угловой скорости. Такую характеристику имеют некоторые металлорежущие станки, зерновые нории и т.д.

Уравнение для них имеет вид:

х=-1

Все электродвигатели также имеют свои механические характеристики, причем каждый - естественную и искусственные механические характеристики.

Естественная называется характеристика при получении расчетных данных двигателя при номинальных условиях (при номинальном напряжении и частоте тока сети, при отсутствии дополнительных сопротивлений в цепях обмоток, при номинальной температуре охлаждающей среды и работе двигателя не выше 1000 м над уровнем моря. Искусственную мех. характеристику получают при изменении одной или нескольких величин.

Мех. характеристику эл. двигателя можно выразить аналитически или графически.

Естественные характеристики в общем виде представлены на рисунке

1 – механическая характеристика синхронного двигателя

2 – механическая характеристика асинхронного двигателя

3 – механическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельным или независимым возбуждением

4 – механическая характеристика двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением

3 – механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанного возбуждения

Для оценки степени изменения угловой скорости от изменения вращающего момента вводится коэффициент жесткости механической характеристики. Под жесткостью механической характеристики понимают способность электродвигателя изменять свою скорость при изменении момента в определенных пределах и определяется как производная

В зависимости от коэффициента жесткости характеристики двигателей можно разделить на три группы:

1. Абсолютно жесткая характеристика имеют коэффициент жесткости =

2. Жесткие характеристики характеризуются незначительным изменением угловой при относительно больших изменениях момента. Для них =10…40. Такие характеристики имеют трехфазный асинхронный электродвигатель в пределах рабочей зоны( кривая 2), ДПТ параллельного возбуждения (кривая 3) и ДПТ смешанного возбуждения с преобладающими ампер-витками параллельной обмотки.

3. мягкие характеристики имеют 10. к этой группе относят ДПТ с последовательным возбуждением (кривая 4), шунтовой ДПТ с большим сопротивлением в цепи якоря, а также асинхронные 3-х фазные двигатели с добавочными сопротивлениями в цепи ротора.

(конспект для самостоятельного изучения)