2. Механічні характеристики корабельних виконавчих механізмів

При розгляді роботи електродвигуна, що приводить у дію виконавчий механізм, необхідно насамперед виявити відповідність механічних характеристик двигуна характеристикам виконавчого механізму. Тому для правильного проектування й економічної експлуатації електропривода необхідно вивчити ці характеристики.

Залежність між прикладеними до вала двигуна швидкістю й моментом опору виконавчого механізму Ω=f(М_С) називають механічною характеристикою виконавчого механізму.

Різні виконавчі механізми мають різні механічні характеристики. Однак можна одержати деякі узагальнюючі виводи, якщо скористатися наступною емпіричною формулою для механічної характеристики виробничого механізму:

де М_С — момент опору виробничого механізму при швидкості Ω; М_О — момент опору механізму тертя в частинах, що рухаються; M_{C, H0М} - момент опору при номінальній швидкості Ω _НОМ; х — показник ступеня, що характеризує зміна моменту опору при зміні швидкості.

Приведена формула дозволяє класифікувати механічні характеристики корабельних виконавчих механізмів на наступні основні категорії:

1. Не залежна від швидкості механічна характеристика (пряма 1 на рис. 2.4). При цьому х = 0 і момент опору M_С не залежить від швидкості. Такою характеристикою володіють, наприклад, піднімальні плавучі крани, корабельні лебідки, механізми подачі, поршневі насоси при незмінній висоті подачі, конвеєри й ліфти. Сюди ж можуть бути віднесені з відомим наближенням всі механізми, у яких основним моментом опору є момент тертя, тому що звичайно в межах робочих швидкостей момент тертя змінюється мало.

Рис. 2.4. Механічні характеристики виконавчих механізмів.

2. Лінійно-зростаюча механічна характеристика (пряма 2 на рис. 2.4). У цьому випадку х = 1 і момент опору лінійно залежить від швидкості Ω, збільшуючись із її зростанням (для спрощення прийняте М_О = 0).

Така характеристика вийде, наприклад, у приводі генератора постійного струму з незалежним порушенням, якщо останній буде працювати на постійний зовнішній резистор.

3. Нелінійно - зростаюча (параболічна) механічна характеристика (крива 3 на рис. 2.4). Цій характеристиці відповідає х = 2; момент опору М_С тут залежить від квадрата швидкості. Механізми, що володіють такою характеристикою, називають іноді механізмами з вентиляторним моментом, оскільки у вентиляторів момент опору залежить від квадрата швидкості.

До механізмів, що володіють параболічною механічною характеристикою, ставляться також відцентрові насоси, гребні гвинти й т.п. Ці характеристики не вичерпують всіх практично можливих випадків, але дають подання про характеристики деяких типових корабельних виконавчих механізмів.

3. Рівняння руху електропривода і його аналіз

Вище були розглянуті умови роботи електропривода в сталому режимі, коли момент, що розвиває двигуном, дорівнює моменту опору механізму й швидкість привода є постійною. Однак у багатьох випадках привод прискорюється або сповільнюється, і тоді виникає інерційна сила або інерційний момент, які двигун повинен переборювати, перебуваючи в перехідному режимі. Таким чином, перехідним режимом електропривода називають режим роботи при переході від одного сталого стану до іншого, коли змінюються швидкість, момент і струм.

Причинами виникнення перехідних режимів в електроприводах є або зміна навантаження пов'язане з виробничим процесом, або вплив на електропривод при керуванні їм, тобто пуск, гальмування, зміна напрямку обертання й т.п. Перехідні режими в електроприводах можуть виникнути також у результаті аварій або порушення нормальних умов електропостачання (наприклад, зміни напруги або частоти мережі, не симетрія напруги й т.п.).

Рівняння руху електропривода повинне враховувати всі сили й моменти, що діють у перехідних режимах. При поступальному русі рушійна сила F завжди врівноважується силою опору машини Fc й інерційною силою mdv/dt , що виникає при змінах швидкості. Якщо маса тіла m виражена в кілограмах, а швидкість v — у метрах у секунду, то сила інерції, як й інші сили, що діють у робочій машині, вимірюється в ньютонах (кг·м·c²).

Відповідно до викладеного рівняння рівноваги сил при поступальному русі записується так:

Аналогічне рівняння рівноваги моментів, Нм, для обертового руху (рівняння руху привода) має такий вигляд:

Рівняння показує, що обертаючий момент, що розвиває двигуном, М урівноважується моментом опору Мс на його валу й інерційним або динамічним моментом JdΩ/dt. З аналізу моменту видно:

1. при , тобто має місце прискорення привода;

2. при , тобто має місце із привода (очевидно, що із привода може бути й при негативному значенні моменту двигуна);

3. при ; у цьому випадку привод працює в сталому режимі.

Обертаючий момент, що розвиває двигуном при роботі, приймається позитивним, якщо він спрямований убік руху привода. Якщо він спрямований убік зворотну руху, то він уважається негативним.

Відзначимо, що знак мінус перед Mс указує на гальмуючу дію моменту опору, що відповідає зусиллю різання, втратам тертя, підйому вантажу, стиску пружини й т.п. при позитивному знаку швидкості.

При спуску вантажу, розкручуванні або роз жиму пружині й т.п. перед Мс ставиться знак плюс, оскільки в цих випадках момент опору допомагає обертанню привода.

Інерційний (динамічний) момент (права частина рівняння моментів) проявляється тільки під час перехідних режимів, коли змінюється швидкість привода. При прискоренні привода цей момент спрямований проти руху, а при гальмуванні він підтримує рух. Інерційний момент як за значенням, так і за знаком визначається алгебраїчною сумою моментів двигуна й моменту опору.

При обліку сказаного про знаки моментів формула моментів відповідає роботі двигуна в руховому режимі при реактивному моменті опору (або при потенційному гальмуючому моменті опору). У загальному виді рівняння руху привода може бути записане в такий спосіб:

Вибір знаків перед значеннями моментів в залежить від режиму роботи двигуна й характеру моментів опору.