2.3. Механические характеристики исполнительных органов и электродвигателей

При рассмотрении работы электродвигателя, приводящего в действие исполнительный орган, необходимо выявить соответствие механических характеристик двигателя характеристикам исполнительных органов. Поэтому для правильного проектирования и экономической эксплуатации электропривода необходимо изучить эти характеристики.

Зависимость между скоростью и приведенным к валу двигателя моментом сопротивления исполнительного органа называют механической характеристикой исполнительного органа.

Эмпирическая формула для механической характеристики имеет вид [1]:

, (2.6)

где – момент сопротивления ИО при скорости ;

–момент сопротивления трения в движущихся частях ИО;

–момент сопротивления при номинальной скорости ;

–показатель степени, характеризующий изменение момента сопротивления при изменении скорости.

Приведенная формула (2.6) позволяет классифицировать механические характеристики исполнительных органов на следующие основные категории.

1. Не зависящая от скорости механическая характеристика (прямая 1 на рис. 2.2.). При этом х = 0 и момент сопротивления не зависит от скорости. Такой характеристикой обладают все подъемные установки, механизмы подач металлорежущих станков, поршневые насосы при неизменной высоте подачи, конвейеры с постоянной массой передвигаемого материала и т.д., а также все ИО, у которых основным моментом сопротивления является момент сопротивления трения.

2. Линейно-возрастающая механическая характеристика (прямая 2 на рис. 2.2.). В этом случае =1 и момент сопротивления линейно зависит от скорости . Такая характеристика получается, например, в приводе генератора постоянного тока с независимым возбуждением, если последний будет работать на постоянный внешний резистор.

Рис. 2.2. Механические характеристики исполнительных органов

3. Нелинейно-возрастающая (параболическая) механическая характеристика (кривая 3 на рис.2.2.). Этой характеристике соответствует =2; момент сопротивления здесь зависит от квадрата скорости. По характеристике 3 работают все исполнительные органы центробежного типа (насосы, вентиляторы, компрессоры, дымососы, гребные винты и т.д.).

4. Нелинейно-спадающая (гиперболическая) механическая характеристика (кривая 4 на рис. 2.2). При этом х = –1 и момент сопротивления изменяется обратно пропорционально скорости.

Механическую характеристику вида 4 имеют механизмы главного движения токарных, фрезерных и других станков, различные наматывающие устройства.

Механической характеристикой электродвигателя вращательного движения называется зависимость его угловой скорости от развиваемого им момента, т.е. .

Естественной называется механическая характеристика двигателя, которая соответствует основной схеме включения двигателя, номинальным параметрам питающего напряжения и отсутствию в электрических цепях дополнительных элементов (например, резисторов). В противном случае электродвигатель будет иметь искусственную (регулировочную) характеристику. Искусственных характеристик у электродвигателя может быть много.

На рисунке 2.3 показаны естественные характеристики наиболее распространенных электродвигателей вращательного движения:

1. – двигателя постоянного тока независимого возбуждения;

2. – двигателя постоянного тока последовательного возбуждения;

3. – асинхронного двигателя;

4 – синхронного двигателя.

Для оценки жесткости механической характеристики двигателя вводится понятие жесткости, которое определяется как [1,4]

, (2.7)

Используя этот показатель, характеристику синхронного двигателя (прямая 4 на рис. 2.3) можно назвать абсолютно жесткой (), двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (прямая 1) –жесткой (), а с последовательным возбуждением (кривая 2) –мягкой ().

Рис. 2.3. Естественные механические характеристики электродвигателя

Характеристика асинхронного двигателя (кривая 3) имеет переменную жесткость – на рабочем участке жесткость отрицательна и незначительна по модулю, в области критического момента она равна нулю, а при меньших скоростях – положительна и невелика.

Характеристика 5 – абсолютно мягкая механическая характеристика (). Момент двигателя с изменением угловой скорости остается неизменным. Такой характеристикой обладают, например, двигатели постоянного тока независимого возбуждения при питании их от источника тока или при работе в замкнутых системах электропривода в режиме стабилизации тока якоря.

Понятие жесткости может быть применено к механическим характеристикам исполнительных органов. Эти характеристики можно оценивать жесткостью

. (2.8)

Тогда для характеристики 1 (рис.2.2) , для характеристик 2 и 3, а для характеристики 4.