При проектировании электропривода электродвигатель должен выбираться так, чтобы его механические характеристики соответствовали механическим характеристикам производственного механизма. Механические характеристики дают взаимосвязь переменных в установившихся режимах.
Механической характеристикой механизма называют зависимость между угловой скоростью и моментом сопротивления механизма, приведенными к валу двигателя) ω = f(Mс).
Рис. 1. Механические характеристики механизмов
Среди всего многообразия выделяют несколько характерных типов механических характеристик механизмов:
1. Характеристика с моментом сопротивления, не зависящим от скорости (прямая 1 на рис. 1). Независимая от скорости механическая характеристика графически изображается прямой, параллельной оси вращения, в данном случае вертикалью. Такой характеристикой обладают, например, подъемные краны, лебедки, поршневые насосы при неизменной высоте подачи и др.
2. Характеристика с моментом сопротивления линейно зависящим от скорости (прямая 2 на рис. 1). Такая зависимость присуща, например, приводу генератора постоянного тока с независимым возбуждением, работающему на постоянную нагрузку.
3. Характеристика с нелинейным возрастанием момента (кривая 3 на рис. 1). Типичными примерами емогут служить характеристики вентиляторов, центробежных насосов, гребных винтов. Для этих механизмов момент Мс зависит от квадрата угловой скорости ω . Это т.н. параболичская (вентиляторная) механическая характеристика.
4. Характеристика с нелинейно спадающим моментом сопротивления (кривая 4 на рис. 1). Здесь момент сопротивления обратно пропорционален скорости вращения. Мощность в этом случае остается постоянной на всем диапазоне рабочей скорости механизма. Например, у механизмов главного движения некоторых металлорежущих станков (токарных, фрезерных, расточных) момент Мс изменяется обратно пропорционально ω , а мощность потребляемая механизмом, остается постоянной.
Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость его угловой скорости от вращающего момента ω д = f(M).Здесь следует иметь ввиду, что момент М на валу двигателя независимо от направления вращения имеет положительный знак — момент движущий. Вместе с тем момент сопротивления Мс имеет знак отрицательный.
В качестве примеров на рис. 2 приведены механические характеристики: 1 — синхронного двигателя; 2 – двигателя постоянного тока независимого возбуждения; 3 – двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.
Для оценки свойств механических характеристик электропривода используют понятие жесткости характеристики. Жесткость механической характеристики определяется по выражению
где d М – изменение момента двигателя; d ω д – соответствующее изменение угловой скорости.
Для линейных характеристик значение β остается постоянным, для нелинейных – зависит от рабочей точки.
Используя это понятие, характеристики, приведенные на рис. 2, можно качественно оценить так: 1 – абсолютно жесткая ( β = ∞ ); 2 – жесткая; 3 – мягкая.
Абсолютно жесткая характеристика — скорость вращения двигателя остается неизменной при изменении нагрузки двигателя в пределах от нуля для номинальной. Такой характеристикой обладают синхронные двигатели.
Жесткая характеристика — скорость вращения меняется незначительно при изменении нагрузки от нуля до номинальной. Такой характеристикой обладает двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением, а также асинхронный двигатель в области линейной части характеристики.
Жесткой характеристикой принято считать такую, у которой изменение скорости не превышает приблизительно 10% номинальной скорости при изменении нагрузки от нуля до номинальной.
Мягкая характеристика — скорость вращения двигателя меняется значительно при сравнительно небольших изменениях нагрузки. Такой характеристикой обладает двигатель постоянного тока с последовательным, смешанным или с параллельным возбуждением, но с добавочным сопротивлением в цепи якоря, а также асинхронный с сопротивлением в цепи ротора.
Для большинства производственных механизмов используют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, имеющие жесткую механическую характеристику.
Все механические характеристики электродвигателей делятся на естественные и искусственные.
Естественная механическая характеристика относится к условиям работы двигателя с номинальными значениями параметров.
Например, для двигателя с параллельным возбуждением естественная характеристика может быть построена для случая, когда напряжение на якоре и ток возбуждения имеют номинальные значения, а в цепи якоря отсутствует добавочное сопротивление.
Естественная характеристика асинхронного двигателя соответствует номинальному напряжению и номинальной частоте переменного тока, подводимого к статору двигателя при условия отсутствия добавочного сопротивления в цепи ротора.
Таким образом, для каждого двигателя естественная характеристика может быть построена только одна, а искусственных — неограниченное количество. Например, каждому новому значению сопротивления якоря двигателя постоянного тока или в цепи ротора асинхронного двигателя отвечает своя механическая характеристика.
Для правильного и экономичного использования электродвигателей необходимо выявить механических характеристик двигателя характеристике производственного механизма.
Зависимость между приведенными к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизма 
называют механической характеристикой производственного механизма.
Различные производственные механизмы обладают различными механическими характеристиками. Однако можно выделить отдельные категории механизмов на основании вида механической характеристики. Общий вид характеристики
,
где 
– момент сопротивления производственного механизма при скорости 
; 
– момент сопротивления трения в движущихся частях механизма; 
– момент сопротивления при номинальной скорости 
; x – показатель скорости.
1. Не зависящая от скорости механическая характеристика (прямая 1 на рис. 2.8, а). показатель степени 
и момент не зависит от скорости. Такой характеристикой обладают подъемные краны, лебедки, механизмы подач металлорежущих станков, поршневые насосы при неизменной высоте подачи. Сюда же можно отнести механизмы, у которых основным моментом сопротивления является момент трения.
2. Линейно-возрастающая механическая характеристика (прямая 2 на рис. 2.8, а) В этом случае 
и момент сопротивления линейно зависит от скорости . Главный привод некоторых станков.
3. Параболическая механическая характеристика (кривая 3 на рис. 2.8, а). Этой характеристике соответствует 
. Механизмы, обладающие такой зависимостью, называют механизмы с чисто-вентиляторной нагрузкой. Сюда относят центробежные насосы, гребные винты.
4. Нелинейно-спадающая механическая характеристика (кривая 4 на рис. 2.8, а). При этом 
и момент сопротивления 
изменяется обратно-пропорционально скорости, а мощность потребляемая механизмом остаётся постоянной. В эту группу относят некоторые токарные, расточные, фрезерные станки, моталки в металлургическом производстве.
Существуют механизмы и с промежуточными характеристиками.
Механической характеристикой электродвигателя называют зависимость его угловой скорости от вращающего момента 
. Наиболее распространённые виды характеристик двигателей представлены на рис. 2.8, б.
 |
 |
| а | б |
| Рис. 2.8. Механические характеристики производственных механизмов (а) и электродвигателей (б) |
Механическая характеристика характеризуется жесткостью. Под жесткостью понимают отношение приращения момента к приращению скорости, которое было вызвано приращением момента. Жесткость механической характеристики показывает, как (насколько) изменяется скорость двигателя (механизма) при изменении момента на валу двигателя (статического момента). В общем случае жесткость 
вычисляется по формуле
.
Для линейных механических характеристик производные могут быть заменены приращениями
.
Механические характеристики двигателей в зависимости от жесткости могут быть разделены на следующие категории:
1. Абсолютно жесткая механическая характеристика ( 
) – скорость при изменении момента остаётся неизменной. Такой характеристикой обладают синхронные двигатели (прямая 1 на рис. 2.8, б).
2. Жесткая механическая характеристика. Скорость двигателя уменьшается не значительно при изменении момента. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ с НВ). И асинхронные двигатели (АД) в пределах рабочей характеристики (прямая 2 и кривая 3 на рис. 2.8, б).
3. Мягкая механическая характеристика – при изменении момента значительно меняется скорость (кривая 3 на рис.2.8, б). Такой характеристикой обладают ДПТ с последовательным возбуждением, особенно в зоне малых моментов.
4. Абсолютно мягкая механическая характеристика ( 
) – такая характеристика, при которой момент двигателя при изменении скорости остаётся неизменным. Такими характеристиками обладают замкнутые САР тока при работе в режиме ограничения тока якоря.
Асинхронный двигатель обладает механической характеристикой с переменной жесткостью.
Дата добавления: 2016-12-26 ; просмотров: 797 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Министерство образования и науки РФ
ФГБОУ ВПО «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра электротехники и электрических машин
| УТВЕРЖДАЮ: | ||
| И.о. зав. кафедрой ЭТиЭМ | ||
| доцент | ______ | ЯЯ.М. Кашин |
| «____»_______2013г. |
Лекция № 6,7
По дисциплине «Электропривод и электрооборудование технологических объектов нефтегазовой отрасли»
для студентов направления подготовки: 131000 «Нефтегазовое дело»
Квалификация выпускника — Бакалавр
Тема 5.Основы механики электропривода
доц.каф.ЭТиЭМ Копелевич Л.Е.
Обсуждено на заседании каф. ЭТиЭМ
27 августа 2013 г. (протокол № 1)
Цели: 1. Формирование следующих компетенций:
1. ПК-2: способностью демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.
2. Формирование уровня обученности:
1. Знать: основные законы электротехники.
2. Иметь представление: о перспективах и направлениях развития электротехники и электроники.
Материальное обеспечение:
Проектор, ПК, комплект слайдов «ЭиЭ, тема 1».
Учебные вопросы
1 Основные понятия.
2 Механические характеристики производственных механизмов.
3 Классификация режимов работы электрических приводов.
4 Торможение электроприводов.
Литература
1. Касаткин А.С. Курс электротехники: Учеб. для вузов/ А.С. Касаткин, М.В. Немцов. - 10-е изд., стер. — М.: Высш. школа, 2009. – 542 с. (с. 473-511).
2. Л 21: Касаткин А.С. Курс электротехники: Учеб. для вузов/ А.С. Касаткин, М.В. Немцов. - 10-е изд., стер. — М.: Высш. школа, 2009. – 542 с. (с. 483-521).
Основные понятия
Автоматизированный электропривод (ЭП) — электромеханическая система, состоящая электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.
— механическая часть (рабочий механизм, передаточное устройство для передачи механической энергии от электродвигательного устройства к исполнительному органу рабочей машины и для изменения вида и скорости движения ).
— электродвигательное устройство для преобразования электрической энергии в механическую или механическую в электрическую.
— система управления, состоящая из силовой преобразовательной части, управляющего устройства, задающего устройства и датчиков обратной связи.
Привод подразделяют на:
— групповой (несколько исп. машин);
По степени управляемости:
— адаптивный (автоматически избирающий структуру и параметры системы управления при изменении условий работы машины);
По роду передаточного устройства:
По уровню автоматизации:
— автоматизированный (с автоматическим регулированием параметров);
— автоматический- управляющие воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора.
Механические характеристики производственных механизмов
Зависимость между приведёнными к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизма называется механической характеристикой производственного механизма.
— момент сопротивления производственного механизма при скорости;
— момент сопротивления трения в движущихся частях механизма;
— момент сопротивления при номинальной скорости
x – показатель степени, характеризующий изменение момента сопротивления при изменении скорости.
ВИДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЗМА.
УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА (Уравнение моментов).
M 
Mc=J 
— уравнение моментов.
M — момент, развиваемый двигателем.
Mc- статический момент сопротивления рабочего механизма, отнесенный к валу двигателя.
J- момент инерции всей механической системы, приведённой к валу двигателя
— угловая скорость вращающегося вала двигателя.
— зависит генераторный или двигательный режим(- — двигательный, + — генераторный ).
Определение установившейся скорости электрического привода.
Располагая механическими характеристиками двигателя и рабочего механизма можно определить установившуюся скорость электрического привода.
Для установившегося в общих координатах строят механическую характеристику двигателя и механическая точка их пресечения (А) – установившаяся скорость