1.2 Характеристики двигунів та механізмів.

Сталий рух електроприводу і його стійкість Для розрахункової схеми стале механічний рух ЕП відповідатиме рівності моментів двигуна і навантаження, тобто умові М = Мc. Перевірка виконання цієї умови зазвичай проводиться за допомогою так званих механічних характеристик двигуна і виконавчого органу, які широко використовуються також при вирішенні і інших завдань в теорії і практиці ЕП.

Механічною характеристикою двигуна називається залежність його швидкості від розвиваючого моменту w(М) або зусилля V (F). Розрізняють природну і штучну характеристики двигунів. Природна характеристика двигуна (вона в нього єдина) відповідає основній (паспортній) схемі його включення і номінальним параметрам

напруги живлення. Приклади природних механічних характеристик двигунів обертального руху наведено на рис. 2.5, а. На природній характеристиці розташовується точка номінального (паспортного) режиму двигуна з координатами Wном, Мном. Якщо двигун включений не за основною схемою, або в його електричному ланцюзі включені будь-які додаткові електротехнічні елементи ( резистори, реактори, конденсатори), або ж двигун живиться напругою з неномінальними параметрами, то двигун буде мати характеристики, звані штучними. Таких характеристик у двигуна може бути як завгодно багато. Оскільки ці характеристики отримують з метою регулювання змінних (координат) двигуна - струму, моменту, швидкості, положення, то вони іноді називаються регулювальними. Штучні характеристики двигуна і способи їх отримання докладно розглядаються далі. Механічною характеристикою виконавчого органу називається залежність швидкості його руху від зусилля або моменту на ньому, тобто Wво(Мво) при обертальному русі і Vво (Fво) при поступальному русі . У результаті операції приведення ці характеристики перетворюються на залежність виду з W (Мс) , де W-швидкість двигуна, а Мс-приведений до його валу момент навантаження. Приклади механічних характеристик деяких виконавчих органів наведені на рис. 1.1, б. Відзначимо, що реальні механічні характеристики виконавчих органів складніші за видом і звичайно являють собою поєднання показаних на рис.1.1, б залежностей. За характером дії моменти навантаження Мс діляться на активні і реактивні. Активний момент має постійне, не залежне від швидкості напряму своєї дії. Такі моменти створюються так званими потенційними силами - силами тяжіння землі (характеристика 7 вантажопідіймального механізму на рис.1.1, б), силами пружної деформації і т. д. Реактивний момент, характеристика якого відповідає залежності 6 на рис.1.1, б, створюється в основному силами тертя, завжди протидіє руху і тому змінює свій знак зі зміною напрямку руху. Кількісно механічні характеристики двигуна і виконавчого органу оцінюються жорсткістю β=dM/dw=M/w

Використовуючи цей показник, можна оцінювати характеристики 1 синхронного двигуна на рис.1.1, а (горизонтальна лінія) як абсолютно жорстку (β=∞), характеристику асинхронного двигуна 3 – яка має змінну жорсткість, характеристики 7 -яка має нульову жорсткість (β = 0) і т. д. Введене поняття механічних характеристик дозволяє просто і зручно виконати перевірку умови сталого руху. Для цього в одному і тому ж квадраті поєднуються характеристики двигуна 1 і виконавчого органу 2, як це показано на рис. 1.2. Точка А перетину цих характеристик, в якій моменти двигуна і виконавчого органу рівні, і буде відповідати сталому руху зі швидкістю Wуст і моментом Муст. Залежно від виду механічних характеристик двигуна і виконавчого органу визначається усталена стійкість руху. Під стійкістю розуміється властивість системи «двигун - виконавчий орган »підтримувати рух зі швидкістю Wуст при можливих невеликих відхиленнях від неї. Розглянемо спосіб визначення стійкості руху за допомогою механічних характеристик. Припустимо, що з якоїсь причини швидкість ЕП підвищилася до рівня Wуст. З'ясуємо, що буде відбуватися зі швидкістю, якщо викликавша її зміни причина зникне. З характеристик двигуна і виконавчого органу видно, що при швидкості W1 момент навантаження Мc1 більше моменту двигуна M1 тобто М1 <Мc1. Тоді відповідно у системі «двигун - виконавчий орган» буде діяти негативний динамічний момент. Розпочнеться процес гальмування (dw/dt<0), який закінчиться при швидкості Wуст. Розглянемо тепер становище, коли короткочасне обурення викликало зниження швидкості до рівня W2 < Wуст. У цьому випадку М2> Мc2 і під дією вже позитивного динамічного моменту швидкість почне зростати, поки не досягне рівня сполучення.

Таким чином, система «двигун - виконавчий орган» із зображеними на рис. 1.2 механічними характеристиками володіє властивістю повертатися до швидкості усталеного руху при можливих відхиленнях від неї, тобто рух в такій системі є стійким. Перевірка на стійкість руху може бути виконана аналітично, з використанням поняття жорсткості характеристик. Рух буде стійкий при виконанні умови

β-βс<0 або β<βc

де β і βс- відповідно жорсткості механічних характеристик двигуна та виконавчого органу.