Современное состояние и тенденции развития электропривода

1 – возрастает единичная мощность двигателей. Выпускаются двигатели постоянного тока до 10 000 кВт и переменного - до 80 000 кВт;

2 – происходит дробление мощности до долей единиц вт (часы);

3 – расширяется диапазон скоростей от единиц оборотов в минуту до десятков и сотен тысяч. Верхний предел ограничен прочностью материалов на разрыв при центробежной силе и достигает 200 000 мин^-1;

4 –все больше применяются специальные двигателей;

5 – расширяется и углубляется автоматизация электропривода;

6 – все шире применяется электротрансмиссия;

7 – электропривод совершенствуется – углубляется его теория, разрабатываются и выпускаются специальные, предназначенные для определенных условий работы (повышенная влажность, запыленность, перепады температур и т.д.) двигатели, в том числе и для сельского хозяйства.

Анализ механических характеристик рабочих машин и электрических двигателей

Механическая характеристика рабочей машины - зависимость статического момента сопротивления «М_с», создаваемого рабочими органами машины, от угловой скорости вала машины или частоты его вращения:

М_с= () или М_с= (n).

; n; М

_м; n_м; М_с

ЭД

Раб. машина

Рис.5 Схема привода рабочей машины

М_с= () часто используется для расчета времени разгона и торможения, дает представление о моментах трогания машины с места (рис.6)

М_с М_с.н.

М₀

_н 

Рис.6 График механической характеристики рабочей машины

Для каждой машины имеется своя характеристика. Но некоторые схожие машины одинакового принципа действия можно объединить в отдельные группы идеализированных механических характеристик. Для всех машин получено обобщенное уравнение вида:

М_с= М_о+ (М_с.н+ М_о) (1)

где М_с – момент сопротивления при данной угловой скорости «»;

М_о – момент сопротивления при трогании, т.е. при «=0»;

М_с.н – номинальный момент сопротивления, т.е. при номинальной

угловой скорости _н;

 - текущее значение угловой скорости;

х – коэффициент, характеризующий изменение момента сопротивления при изменении угловой скорости - х = -1; 0; 1; 2.

Это эмпирическое уравнение справедливо для разных групп рабочих машин и распределение по группам определяется принятым значением коэффициента «х». В зависимости от «х» рабочие машины по механическим характеристикам могут быть разбиты на 4 группы (рис.5):

1. При х = 0 М_с = М_с.н = const. Такой характеристикой обладают машины, момент сопротивления которых не зависит от скорости вращения вала, например, подъемные краны, лебедки, поршневые насосы при неизменной высоте подачи, конвейеры с постоянной массой передвигаемого материала.

М_с 3, х=2

2, х=1

1, х=0

М_с dМ_с 4, х=-1



М _тр М₀ d



Рис.7 Механические характеристики рабочих машин

в зависимости от коэффициента «х».

2. х =1 – линейно возрастающая механическая характеристика - момент сопротивления линейно возрастает в зависимости от угловой скорости.

Обычно такая характеристика у машин, работающих с небольшой скоростью – вакуумные насосы доильных машин и др.

3. х=2 – нелинейно возрастающая (параболическая) характеристика. Обычно называют вентиляторной, поскольку у вентиляторов момент сопротивления зависит от квадрата скорости. Также - центробежные насосы, молочные сепараторы, молотильные барабаны при работе на холостом ходу и др.

4.х=-1 – нелинейно-спадающая характеристика. Момент сопротивления изменяется обратно-пропорционально скорости, а мощность, потребляемая механизмом, остается постоянной.

Такой характеристикой обладают некоторые токарные, расточные, фрезерные и другие металлорежущие станки, нории, элеваторы.

Реальные характеристики несколько отличаются от этих идеализированных, но условное деление в данном случае допускается.

Степень изменения скорости с изменением момента для различных машин различна и характеризуется жесткостью их механических характеристик.

Жесткость механической характеристики – отношение разности моментов к соответствующей разности угловых скоростей

_с = (М_с2 – М_с1)/(₂ - ₁) = М_с/ (2)

В случае нелинейных характеристик их жесткость непостоянна и определяется в каждой точке как производная момента по угловой скорости

_с = dМ_c/d (3)

При х=0 _с = 0 – абсолютно жесткая характеристика;

х=1 _с  0 – постоянная (const);

х=2 _с = М_с/ = tg

х=-1 _с = М_с/  0.

Механической характеристикой электродвигателя называют зависимость вращающего или тормозного момента от скорости

М = () или М = ()

Механические характеристики электродвигателей могут быть естественные и искусственные.

Естественной механической характеристикой обладает каждый ЭД. Она получается при номинальных параметрах питающей сети и электродвигателя, т.е. выполняются условия

U =U_н = const; f = f_н = сonst; r₂ = const – сопротивления, введенные в цепь ротора, отсутствуют, т.е. R=0;

Соединений обмоток ЭД соответствует указанной схеме завода-изготовителя.

Искусственные характеристики получаются при изменении параметров сети или схемы соединения обмоток, включения добавочных сопротивлений в обмотки статора или ротора ЭД. Эти характеристики создаются специально, когда естественная характеристика ЭД не удовлетворяет требованиям приводимого в движение механизма или машины, например, пуск двигателя с тяжелым механизмом.

Лекция №2

По жесткости механические характеристики ЭД можно разделить на четыре основные категории.

1. Абсолютно жесткая – это характеристика, при которой скорость с изменением момента остается постоянной (синхронные двигатели, двигатели постоянного тока с компаундной – смешанной, обмоткой возбуждения). Для них  =  (рис.8, характеристика 1).

М 3 в 2 1 1а

5

4

2а

М_н С

_н а 

Рис.8 Механические характеристики электрических двигателей

2. Жесткая – характеристика, при которой незначительное изменение скорости вызывает значительное изменение момента (кривая 2, рис.8).

Такой характеристикой обладают «шунтовые» двигатели постоянного тока (с параллельной обмоткой возбуждения), а также асинхронные двигатели в пределах рабочей части механической характеристики.

3. Мягкая – характеристика, при которой с изменением момента скорость изменяется значительно. Ею обладают «сериесные» двигатели постоянного тока (с последовательной обмоткой возбуждения).

3. Абсолютно мягкая – характеристика, при которой момент двигателя с изменением угловой скорости остается постоянным.

Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока независимого возбуждения при питании их от постороннего источника тока. Их называют специальными характеристиками. Они имеют особую форму, приспособленную для тех или иных рабочих машин. Примером может служить кривая 5 (рис.8) –«экскаваторная» характеристика.