Механические характеристики электрических машин и производственных механизмов

Электрическая машина предназначена для приведения в движение рабочих органов производственного механизма. Вместе они образуют электропривод.

При рассмотрении работы электродвигателя, приводящего в действие производственный механизм, необходимо, прежде всего, выявить соответствие механических характеристик производственного механизма характеристикам двигателя.

Различные производственные механизмы обладают различными механическими характеристиками. Теоретически их можно описать следующей эмпирической формулой:

где: – момент сопротивления производственного механизма при скорости ώ;

– момент сопротивления при скорости равной нулю;

­ - момент сопротивления при номинальной скорости;

- показатель степени, характеризуется изменением момента сопротивления при изменениях скорости.

Приведённая формула позволяет классифицировать механические характеристики производственных механизмов ориентировочно на следующие типы: (Рис. 3.16):

Рисунок 3.16 Механические характеристики произвольных механизмов:

1) - =0; 2) - =1; 3) - =2; 4) - = -1

1. Не зависящая от скорости механическая характеристика (прямая 1). При этом =0 и момент не зависит от скорости вращения. Такой характеристикой обладают подъёмные краны, лебёдки, поршневые насосы, нории.

2. Линейно – возрастающая механическая характеристика (прямая 2). В этом случае =1 и момент сопротивления линейно зависит от скорости ώ, увеличиваясь с её возрастанием, (ленточные транспортёры, конвейеры, генераторы с независимым возбуждением)

3. Нелинейно – возрастающая (параболическая) механическая характеристика (кривая 3). Этой характеристике соответствует =2, момент сопротивления Мс, здесь зависит от квадрата скорости. Механизмы, обладающие такой характеристикой, называют иногда механизмами с вентиляторным моментом. Такой характеристикой обладают: вентиляторы, центробежные насосы, сепараторы.

4. Нелинейно – спадающая механическая характеристика (кривая 4). При этом = -1 и Мс изменяется обратно пропорционально скорости, а мощность, потребляемая механизмом, остаётся постоянной (некоторые расточные, фрезерные и другие металлорежущие станки).

Приведенные характеристики не исчерпывают всех практически возможных случаев, но дают представление о характеристиках некоторых типичных производственных механизмов.

Почти все электродвигатели обладают тем свойством, что скорость их является убывающей функцией момента двигателя. Это обычно относится почти ко всем электродвигателям, применяемым в производстве, т.е. к двигателям постоянного тока параллельного возбуждения (шунтовым), последовательного (сириесного ) и смешанного возбуждения (компаундным), а также к асинхронным двигателям. Однако степень изменения скорости с изменением момента у разных двигателей различна и характеризуется, так называемой жёсткостью их механических характеристик, т.е. отношением разности моментов, развиваемых электродвигателем, к соответствующей разности угловых скоростей электропривода:

Механические характеристики электродвигателей по жесткости можно разделить на три основные категории (Рис. 3.17):

1. Абсолютно жёсткая механическая характеристика - это характеристика, при которой скорость с изменением момента остаётся неизменной (прямая 1 – механическая характеристика синхронного двигателя).

2. Жёсткая механическая характеристика - это характеристика, при которой с увеличением момента уменьшается скорость, но в малой степени (кривая 2). Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока независимого и параллельного возбуждения.

3. Мягкая механическая характеристика - это характеристика, при которой с изменением момента скорость изменяется значительно (кривая 3). Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока последовательного возбуждения. Двигатели смешанного возбуждения могут быть отнесены ко второй или третьей группе в зависимости то степени жёсткости механической характеристики.

Рисунок 3.17 Примеры механических характеристик некоторых электродвигателей: 1 - абсолютно жесткая; 2 - жесткая; 3 - мягкая.

Для асинхронного электродвигателя степень жёсткости в различных точках механической характеристики различны. Между критическими значениями моментов в двигательном и генераторном – режимах механическая характеристика асинхронного двигателя оказывается сравнительно жёсткой (Рис. 3.18).

Рисунок 3.18 Механическая характеристика асинхронного двигателя (упрощенная).