2. Статические режимы работы электроприводов

2.1. Механические и скоростные характеристики электродвигателей

Статическим или установившимся режимом работы электропривода называется режим при

М = Мс;

Мдин = 0.

В тех случаях, когда статический момент является переменной величиной или функцией какого-либо изменяющегося параметра, установившийся режим может отсутствовать. Например, если в кинематической схеме привода имеется кривошипно-шатунный механизм, то Мс является периодической функцией угла его поворота, и в этом случае режим называется квазиустановившимся.

Зависимости

w = f (М); (2.1)

w = fс (Мс) (2.2)

называются механическими характеристиками электродвигателя и механизма соответственно.

Существующие рабочие механизмы могут иметь самые различные механические характеристики, но наиболее типичными являются три варианта изменения статического момента, показанные на рис.2.1.

1. Мс = const, то есть статический момент не зависит от скорости.

2. Мс = Рс / w; мощность Рс, потребляемая из сети ,постоянна, и статический момент обратно пропорционален скорости.

2. Мс = Мн (w / wн)² - так называемый вентиляторный момент, пропорциональный квадрату скорости.

Если механические характеристики строятся для любого режима работы, в том числе и динамического, то они называются динамическими механическими характеристиками. Если же построение производится при Мдин = 0, то характеристики называются статическими механическими характеристиками или чаще - просто механическими характеристиками.

Статические механические характеристики есть геометрическое место точек на плоскости (w, М ), соответствующих установившимся режимам работы электропривода.

Динамические механические характеристики – это геометрическое место точек на плоскости (w, М ), где каждая из точек является функцией времени.

Рис. 2.1. Механические характеристики рабочих механизмов

Из (1.5), (1.18) и (1.19) очевидно, что установившимся режимом работы электропривода является точка пересечения механических характеристик электродвигателя и рабочего механизма.

Скоростными (электромеханическими) характеристиками называются зависимости

w = f ( I ), (2.3)

где I – ток якоря или ротора электродвигателя.

Для оценки формы механической характеристики используется понятие ее жесткости. Жесткость характеристики – это производная момента по скорости

dМ

b = ¾ . (2.4)

dw

В графической интерпретации жесткость – это тангенс угла g наклона касательной в данной точке механической характеристики к оси ординат (скоростей) (рис.2.2)

m_М

b = ¾ tg g , (2.5)

m_w

где m_М, m_w - масштабы момента и скорости соответственно, Нм / мм;

(1 / с)/ мм.

Жесткость характеристик может быть постоянной, переменной, положительной, отрицательной, равной нулю или бесконечности. На рис.2.3 приведены механические характеристики с различными значениями коэффициента жесткости.

Рис.2.2. Графическое определение жесткости характеристик

Известно, что статический режим – это состояние равновесия относительно угловой скорости w, причем равновесие может быть устойчивым или неустойчивым. Для электроприводов необходимым и достаточным условием устойчивого статического режима является наличие противоположных знаков у приращения скорости и динамического момента при отклонении системы от состояния равновесия, то есть при отрицательном значении коэффициента b жесткости характеристики. Например, на рис.2.3 изображена характеристика при b = var .

Рис.2.3. Механические характеристики с различными

коэффициентами жесткости

Здесь при работе электропривода в точке А при положительном приращении момента М приращение скорости будет отрицательным, то есть жесткость характеристики в этой точке отрицательна и, следовательно, состояние равновесия устойчиво. При работе в точке В при положительном приращении момента приращение скорости также положительно. Следовательно, жесткость характеристики в этой точке положительна и статический режим неустойчив.