2.3 Механические характеристики электродвигателей

Механическая характеристика электродвигателя определяет зависимость его скорости ω от развиваемого им момента M. Часто вместо угловой скорости ω используют внесистемную физическую величину – частоту вращения n, так как эти величины пропорциональны.

(2.4)

В этом случае механической характеристикой электродвигателя называется зависимость частоты вращения n от развиваемого им момента M , т. е. n = f (M). Степень изменения скорости с изменением момента у различных типов электрических машин неодинакова и различаются в зависимости от жесткости механических характеристик (рис.2.3).

Под жесткостью механической характеристики β понимается отношение приращения момента ∆M к приращению скорости двигателя ∆ω:

, (2.5)

где M₁, M_2, ω₁, ω₂ – моменты и угловые скорости соответственно в первой и второй точках механической характеристики.

Рис.2.3 Определение жесткости Рис.2.4 Механические характеристики

механической характеристики электродвигателей

Механические характеристики электродвигателей можно разделить на четыре основных типа, приведенных на рис.2.4, в зависимости от жесткости β : - абсолютно жесткая механическая характеристика, при которой скорость с изменением момента остается неизменной. Из (2.5) следует, что если ∆ω=0, то β=∞. Такой характеристикой обладают синхронные двигатели (прямая 1);

- жесткая механическая характеристика, отличающаяся незначительным изменением угловой скорости с изменением момента. Жесткой механической характеристикой обладают асинхронные двигатели (кривая 2), и двигатели постоянного тока независимого и параллельного возбуждения прямая 4);

- мягкая механическая характеристика отличается значительным изменением угловой скорости с изменением момента. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока последовательного возбуждения (кривая 3) и двигатели постоянного тока смешанного возбуждения (кривая 5);

- абсолютно мягкая механическая характеристика, при которой момент двигателя остается неизменным с изменением угловой скорости. Если ∆M = 0 , то из (2.5) следует β = 0. Абсолютно мягкой механической характеристикой обладают двигатели постоянного тока независимого возбуждения при питании обмотки якоря от источника тока (прямая 6).

2.4 Статическая устойчивость механического движения

Установившийся режим работы электропривода cоответствует равенству момента, развиваемого электродвигателем и момента сопротивления на его валу. Данный режим на рис.2.5 обозначен точкой А пересечения механических характеристик двигателя 1 и механизма 2, и характеризуется отсутствием динамического момента.

При положительном приращении скорости вращения двигателя от установившегося значения вращающий момент двигателя уменьшится до M_Д1, а момент сопротивления механизма возрастет до М_С1. Возникает отрицательный динамический момент, вызывающий торможение электропривода до значения скорости вращения в т.А. Если скорость вращения от установившегося значения получает отрицательное приращение, например до ω₂, из-за превышения момента двигателя над моментом сопротивления положительный динамический момент разгоняет привод до прежнего значения. Таким образом, в т.А статический режим электропривода является устойчивым.

Условие устойчивости является необходимым условием работоспособности электропривода.

Статическая устойчивость электропривода при известных аналитических уравнениях механических характеристиках электродвигателя и производственного механизма легко определяется по уравнению:

β – β_c<0 , ( 2.6 )

где β и β_с – соответственно статические жесткости механических характеристик двигателя и производственного механизма, приведенные к валу двигателя.

Для сложных механических характеристик, например у асинхронного электродвигателя, приведенного на рис.2.6, могут существовать два режима, определяющие равенство момента движения M и момента сопротивления M_c соответствующие точкам А и В. Несложно определить, что в точке А условия устойчивости выполняются, а в точке В нет.

Рис. 2.5 К определению статической Рис.2.6 Устойчивый и неустойчивый устойчивости механического движения статические режимы

Более того, при увеличении момента сопротивления механизма параметры устойчивого статического режима могут принять значения, соответствующие точке С. Режим в данной точке называют критическим, при увеличении момента сопротивления выше М_кр происходит «опрокидывание» электродвигателя, и двигатель остановится в аварийном тормозном режиме.