2. Механические характеристики электродвигателей и

производственных механизмов

Механической характеристикой электродвигателя называют зависимость скорости двигателя от создаваемого им электромагнитного момента: . Механические характеристики статические, так как характеризуют работу электропривода в установившихся (статических) режимах: координаты каждой точки характеристики определяют параметры того или иного режима работы двигателя, но не указывают, каким образом эти параметры изменяются во времени при переходе из одного режима в другой.

Различают естественные и искусственные механические характеристики. Естественной будет характеристика, снятая при нормальных условиях работы двигателя, т. е. при номинальных параметрах питающей сети и отсутствии добавочных сопротивлений в цепях обмоток двигателя. Характеристики, снятые при условиях, отличных от нормальных, называют искусственными.

С увеличением момента нагрузки на валу скорость всех двигателей, кроме синхронных, уменьшается. Характер изменения скорости при этом зависит от жесткости механической характеристики.

Различают механические характеристики трех видов (рис. 1.2.):

- абсолютно жесткие - такую характеристику имеют синхронные двигатели (кривая 1);

- жесткие - на таких характеристиках работают двигатели постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением (кривая 2) и асинхронные двигатели нормального исполнения в пределах допустимых нагрузок (кривая 5);

- мягкие - к ним относятся естественные характеристики двигателей постоянного тока со смешанным (кривая 3) и последовательным (кривая 4) возбуждением, а также пусковой участок характеристики асинхронного двигателя (кривая 5)

С изменением скорости изменяются также и статические моменты сопротивления ряда исполнительных механизмов. По аналогии с двигателями зависимость между статическим моментом и угловой скоростью называют механической характеристикой производственного механизма.

1 .2. Механические х-ки электродвигателей 1.3.Механические характеристики производственных

механизмов

На рисунке 1.3 кривая 1 - статический момент не зависит от скорости; это моменты, создаваемые массой поднятого груза и силами трения; кривая 2 — моменты, пропорциональные квадрату скорости по такому закону изменяется нагрузка вентиляторов, центробежных насосов гребного винта.

Статический режим работы привода соответствует точке пересечения характеристик .

Рисунок 1.4. Определение совместимости двигателя и производственного механизма

1.3. Силы и моменты, действующие в системе электропривода

В состав каждого электропривода входит рабочая машина, например, насос, грузовая лебедка, рулевая машина и т.п., которые и создают на валу двигателя статический момент, который имеет чисто механический характер.

Статический момент может быть как движущим, так и тормозным.

Движущими или положительными называют моменты, направленные в сторону движения .

Тормозные или отрицательные моменты направлены навстречу движению и препятствуют ему.

Статический момент может по характеру быть: активным ( потенциальные ) и реактивным.

Активным называют момент, который вне зависимости от направления движения всегда действует в одну сторону. Такой момент создают, например, масса поднятого груза, силы упругости предварительного сжатых, растянутых или скрученных упругих тел и др. Направление этого момента не зависит от направления перемещения груза. Сила тяжести всегда направлена вниз.

Рисунок 1.5. Активный ( а ) и реактивный ( б ) статический моменты

Реактивным называют момент, возникающий как реакция среды на движение электромеханической системы. Поэтому он действует только во время движения и всегда навстречу ему. Поэтому при изменении направления движения реактивный момент изменяет направление действия и во всех случаях будет тормозным ( отрицательным ).

Такой момент создают силы трения, например, трение крыльчатки вентилятора о воздух, трение шестерней в редукторе и т.п.

В общем случае статический момент представляет собой алгебраическую сумму моментов во всех частях рабочей машины. Если в электроприводе вентилятора статический момент создается только в результате трения крыльчатки о воздух и имеет реактивный характер, то в электроприводе лебедки действую одновременно два момента – активный, созданный подвешенным грузом, и реактивный, созданный силами трения в редукторе и в самом двигателе.

Поэтому в общем случае статический момент механизма находится как алгебраическая сумма реактивного и активного моментов, т.е.

М = ±М ± М

При работе электропривода во всех его частях возникают различные моменты, а именно:

- электромагнитный момент электродвигателя М;

- момент холостого хода М , созданный силами трения во всех частях электропривода ;

- момент полезной нагрузки.

Момент сил трения всегда направлен навстречу движению т.е. является реактивным.

- полезный момент создаётся рабочим органом.

Момент полезной нагрузки и холостого хода составляют статический момент. .

В зависимости от режима работы, в одном и том же механизме статические моменты могут действовать согласно или встречно по отношению друг к другу, а также по отношению к электромагнитному моменту двигателя.

Рассмотрим взаимодействие электромагнитного и статических моментов в электроприводе лебедки в таких характерных режимах:

- подъем груза ( рис. 1.6 );

- силовой спуск ( рис. 1.7 );

- тормозной спуск ( рис.1.8 ).

1. Подъём груза

Для того, чтобы поднимать груз, барабан лебедки должен вращаться против часовой стрелки ( рис. 1.6 ) .

Рисунок 1.6 - Взаимодействие моментов при подъеме

Такое направление вращения обеспечивает работа двигателя, поэтому его электромагнитный момент М направлен согласно с направлением вращения барабана, т.е. также против часовой стрелки. Поскольку направление электромагнитного момента М совпадает с направлением вращения барабана ω, этот момент является вращающим или движущим.

Момент холостого хода М , созданный силами трения, препятствует вращению барабана, поэтому он направлен по часовой стрелке. Этот момент – тормозной.

Полезный момент М , созданный подвешенным грузом, также направлен по часовой стрелке, т.е. при подъеме груза этот момент является тормозным.

Составим уравнение моментов, для чего в левую часть уравнения внесем вращающие ( движущие ) моменты, в правую – тормозные.

М = М + М

Смысл уравнения прост: при подъеме груза вращающий электромагнитный момент двигателя уравновешивается суммой двух тормозных моментов - холостого хода М и полезного момента М . Поскольку оба момента являются статическим, их можно объединить суммарным ( эквивалентным ) статическим моментом М .

В этом случае уравнение можно записать так

М = М .

Уравнение прочитывается так: при подъеме груза электромагнитный момент двигателя уравновешивается статическим моментом механизма.

2.Силовой спуск

Силовой спуск применяют только в электроприводах с передачами ( червячными или зубчатыми ). К таким электроприводам относятся грузовые лебедки, брашпили и др.

Силы трения в этих передачах велики, и не позволяют рабочему органу механизма, например, гаку у лебедки или якорю у брашпиля, опускаться под действием собственного веса.

Иначе говоря, гак ( якорь ) опускают принудительно, силой, отсюда название режима – силовой спуск.

Рисунок 1.7 - Взаимодействие моментов при силовом спуске

В этом режиме электромагнитный момент электродвигателя М и полезный момент груза ( якоря брашпиля ) М - вращающие, а момент холостого хода М , созданный силами трения - тормозной.

Поэтому уравнение моментов имеет вид:

М + М = М т.е. М = - М + М

Отсюда следует, что оба момента, холостого хода М и полезный М , в сумме образующие статический момент, имеют противоположные знаки ( направлены встречно )

Силовому спуску соответствует рис. 2, из которого следует, что моменты М и М – движущие, а момент М - тормозной.

3.Тормозной спуск

Тормозной спуск применяют в электроприводах лебёдок и брашпилей – с целью ограничения скорости спуска груза и травления якоря.

Груз сам способен раскрутить барабанля этого у лебедки электродвигатель включают в направлении на подъем, т.е. навстречу движению барабана ( рис. 1.8 ). Отсюда название - тормозной спуск.

При этом электромагнитный момент электродвигателя должен быть несколько меньше момента, создаваемого грузом. При обратном соотношении моментов происходил бы не спуск, а подъём груза.

Рисунок 1.8 - Взаимодействие моментов при тормозном спуске

Уравнение моментов при тормозном спуске имеет вид:

М + М = М

При этом полезный момент груза М - вращающий, а электромагнитный момент электродвигателя М и момент холостого хода М - тормозные.

Это уравнение можно переписать в таком виде:

М = - М + М = М т.е. М = - М + М

Откуда следует, что оба момента, холостого хода М и полезный М , в сумме образующие статический момент, имеют противоположные знаки (направлены встречно ).

Те. При тормозном спуске моменты М и М – тормозные, а момент М - движущий.

Таким образом:

- в зависимости от режима работы электропривода, электромагнитный момент двигателя и полезный момент механизма могут быть движущими или тормозными;

- вне зависимости от режима работы электропривода, момент холостого хода всегда тормозной, т.к. создается силами трения.

Действие моментов в зависимости от режима работы электропривода лебедки

Вид момента	Действие момента
	Подъем груза	Силовой спуск	Тормозной спуск
Электромагнитный М	Движущий	Движущий	Тормозной
Холостого хода М	Тормозной	Тормозной	Тормозной
Полезный М	Тормозной	Движущий	Движущий