Что является основной рабочей характеристикой электрических двигателей - Авто журнал "Гараж"
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что является основной рабочей характеристикой электрических двигателей

Учебники

Разделы физики

Журнал «Квант»

Лауреаты премий по физике

Общие

A. Электродвигатель

Электродвигатель постоянного тока

Электродвигатель — это двигатель, служащий для преобразования электрической энергии в механическую.

Основная часть электродвигателя — это контур (рамка, катушка) с током, расположенный в сильном магнитном поле (рис. 1). На контур в магнитном поле действует вращающий момент, в результате чего контур поворачивается и останавливается в положении равновесия, т.е. в положении, в котором его магнитный момент направлен параллельно магнитной индукции (

vec p_mupuparrows vec B) (плоскость контура перпендикулярна линиям индукции магнитного поля). Если при прохождении контура через положение равновесия направление тока изменится на противоположное, то изменится и направление магнитного момента. Пройдя по инерции положение равновесия, контур сделает еще пол-оборота. Если периодически изменять направление тока, то контур придет во вращательное движение. Изменение направления тока осуществляется автоматически с по-мощью устройства, которое называется коллектором. Коллектор со-стоит из двух металлических полуцилиндров, к которым присоединены концы контура. Через них и скользящие контакты (щетки) контур присоединяют к источнику тока.

Наибольший момент действует на контур, плоскость которого параллельна магнитной индукции (vec B). Следовательно, если расположить два контура перпендикулярно друг к другу и вывести их концы на четверть-кольцевой коллектор (рис. 2), то вращающий момент резко возрастет и увеличится плавность хода подвижной части двигателя (ротора).

В промышленных двигателях магнитное поле создается обмоткой электромагнита; в роторе делают пазы, в которые укладывают много витков одной секции (вместо рамки); различные секции уложены под углом друг к другу, и их концы выведены на противоположные бока коллектора, к которому прижимаются щетки, соединенные с источником тока. От источника тока напряжение подается в электромагниты статора (неподвижной части двигателя). По каждой секции идет ток только тогда, когда ее пластины касаются щеток, т.е. когда плоскость этой секции параллельна вектору магнитной индукции. При этом секции поочередно создают самый большой вращающий момент.

Магнит или электромагнит, который создает магнитное поле, называют часто индуктором, а рамку (обмотку), через которую про-пускают электрический ток, — якорем.

Основной рабочей характеристикой электродвигателя является вращающий момент М, создаваемый на валу двигателя силой Ампера, действующей на обмотки якоря:

где I — сила тока в обмотке, В — индукция магнитного поля, l — длина проводника, r — радиус ротора, N — число витков в обмотке.

Такие двигатели постоянного тока используют на транспорте (в электровозах, трамваях, троллейбусах), на подъемных кранах, во многих бытовых электрических устройствах (электробритвы, магнитофоны и др.).

С помощью электродвигателя постоянного тока — стартера — осуществляется запуск двигателя автомобиля.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C.322- 323.

Механические характеристики производственных механизмов и электрических двигателей

Основные понятия, определения и классификация электроприводов

Современный производственный агрегат состоит из большого числа разнообразных узлов, отдельных исполнительных органов и аппаратов, выполняющих различные функции и обеспечивающих определенный производственный процесс. Для квалифицированного проектирования электропривода при создании рабочих машин, отвечающего требованиям технологий и обслуживания в эксплуатации, необходимо хорошо знать назначение и устройство отдельных элементов, составляющих данную машину.

Основным элементом любого машинного устройства является двигатель с системой управления и передаточным механизмом, которые сообщают движение рабочей машине. В связи с этим их объединяют общим названием “привод”. В настоящее время для приведения в движение рабочих машин чаще используют электрический двигатель, поэтому этот тип привода называется электрический, или просто электропривод. Электропривод предназначен для преобразования электрической энергии в механическую или механической энергии в электрическую (в зависимости от режима работы двигателя) и передачи её рабочей машине с помощью передаточного устройства и электрического управления данным приводом.

Электропривод – это электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением (ГОСТ 16593-79).

Структурная схема электропривода приведена на рис. 1.1.

Электродвигательное устройство (ЭД) — двигатель постоянного или переменного тока, вращательного или поступательного движения — предназначено для преобразования электрической энергии в механическую или механической энергии в электрическую. Преобразователь (П) предназначен для питания двигателя и создания управляющего воздействия на него. Он преобразует род тока или напряжение, или частоту тока либо изменяет иные показатели электрической энергии, подводимой к двигателю. В качестве преобразователя используют различного типа трансформаторы, выпрямители, преобразователи частоты тока, автотрансформаторы, тиристорные регуляторы напряжения и др. Управляющее устройство (У) управляет работой электродвигателя (включение и отключение, реверсирование и регулирование скорости и т.п.). Передаточное устройство (ПУ) предназначено для передачи механической энергии от электродвигательного устройства к исполнительным органам рабочей машины (РМ), изменения вида и скорости движения, а также усилия (момента вращения).

Рис.1.1. Структурная схема электроприводаРис.1.2. Структурная схема трансмиссионного электропривода

В зависимости от того, сколько рабочих машин или исполнительных органов приходится на двигатель, электропривод принято подразделять на групповой, индивидуальный и многодвигательный.

Групповым электроприводом называется привод, при котором от одного двигателя приводится в движение несколько рабочих машин (РМ) или несколько исполнительных органов (ИО) одной рабочей машины при помощи механической трансмиссии или ременной либо редукторной передачи. Такой групповой привод иногда называется трансмиссионным (рис. 1.2). Передаточные устройства в таком приводе сложны и громоздки, а сам привод, как правило, неэкономичен.

Развитие электропривода было связано с установкой на каждую рабочую машину отдельного электродвигателя. По сравнению с трансмиссионным такой привод является более совершенным, но по существу остается групповым, так как в машине имеется несколько исполнительных органов (ИО), приводимых в движение одним двигателем (рис.1.3). Примером группового электропривода может служить привод ряда токарно-винторезных станков.

Рис.1.3. Структурная схема группового электроприводаРис.1.4. Структурная схема индивидуального электропривода

При индивидуальном электроприводе каждый исполнительный орган рабочей машины приводится в движение самостоятельным электродвигателем (рис.1.4).

При индивидуальном электроприводе за счет того, что каждый орган рабочей машины приводится в движение отдельным электродвигателем, исполнительные органы рабочей машины оказываются уже не связанными друг с другом, поэтому значительно упрощаются механические передачи. В некоторых случаях в результате полного исключения механических передач удается существенно повысить точность работы машины. Индивидуальный электропривод позволяет обеспечить оптимальный режим работы машин, при котором достигается максимальная производительность. Примером такого привода может служить электропривод продольно-фрезерного станка (рис.1.5), вакуум-насоса, доильного агрегата, сепаратора, вентилятора и т.п.

В индивидуальном электроприводе двигатель может органически входить в конструкцию рабочей машины, так что отдельные части электродвигателя при этом одновременно являются частями рабочей машины, например, в электрифицированном ручном инструменте (электродрель, электрорубанок, электропила и т.п.). Индивидуальный электропривод, обладая рядом преимуществ перед другими приводами, получил широкое распространение в различных отраслях АПК.

Читать еще:  Что такое контрактный двигатель не nissan teana

Рис.1.5. Структурная схема исполнительных органов электропривода продольно-фрезерного станка1.6. Многодвигательный электропривод с одним общим валом

Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электроприводов, при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузок или положение исполнительных органов рабочих машин. Одной из разновидностей взаимосвязанного электропривода является многодвигательный электропривод.

Многодвигательным электроприводомназывается электропривод, обеспечивающий передачу движения от нескольких ЭД на один общий вал(рис.1.6). Примером такого электропривода служит привод цепного конвейера (рис.1.7).

Цепь, приводимая в движение двумя или несколькими двигателями, расположенными вдоль конвейера, является рабочим органом. В данном случае двигатели ЭД1 и ЭД2 имеют вынужденно одинаковую скорость. Взаимосвязанный электропривод широко применяется в различных современных машинах и агрегатах, например, в копировальных, металлорежущих станках и станках с программным управлением, в поточных технологических линиях.

Рис. 1.7. Схема взаимосвязанного электропривода конвейера

Многообразие производственных процессов обуславливает различные виды и характеры движения исполнительных органов машины, следовательно, и электроприводов. По виду движения электроприводы бывают вращательного или поступательного, однонаправленного или реверсивного движения. По характеру управления электропривод может быть нерегулируемым, регулируемым, программно управляемым, следящим и др.

Механические характеристики производственных механизмов и электрических двигателей

При проектировании и эксплуатации электроприводов важное значение имеет правильное сочетание механических характеристик электропривода и рабочей машины. Рациональное сочетание механических характеристик электропривода и рабочей машины обеспечивает высокие технико-экономические показатели работы производственных механизмов.

Зависимость между моментом сопротивлений и угловой скоростью, т.е. Мс=f(w)называют механической характеристикой производственного механизма.

Различные рабочие машины обладают различными механическими характеристиками. Теоретически эти характеристики в общем виде можно описать следующей эмпирической формулой:

, (1.1)

где Мс — момент сопротивления рабочей машины, соответствующий скорости w; М— момент сопротивления трения в движущихся частях механизма; Мс.н — момент сопротивления рабочей машины при номинальной угловой скорости ωн; w/wн – относительная скорость, где ω, ωн – текущая и номинальная скорости; χ- показатель степени, характеризующий изменение момента сопротивления при изменении скорости.

Все механические характеристики производственных механизмов можно разделить на следующие основные группы (рис.1.8):

1) механическая характеристика, не зависящая от скорости(прямая 1, рис.1.8). При этом χ=0, Мс не зависит от скорости и

является постоянной величиной. Такую характеристику имеют подъемные механизмы (лебедки, краны, тельферы, лифты, кран-балки и др.); кормораздаточные транспортеры (телескопические, ленточные и др.); навозоуборочные транспортеры (кругового движения, штанговые, каретно-скреперные и др.) и другие рабочие машины;

2) линейно — возрастающая механическая характеристика (прямая 2, рис.1.8). При этом χ=1, Мс линейно зависит от скорости w, увеличиваясь с ее возрастанием. Такая характеристика свойственна генераторам постоянного тока с независимым возбуждением, работающим как рабочая машина и отдающим энергию на постоянное внешнее сопротивление; глиномялкам и льномялкам под нагрузкой; корнеклубнемойкам и прессам типа ПСМ-5А на холостом ходу и другие рабочие машины;

3) нелинейно — возрастающая (параболическая) механическая характеристика(кривая 3, рис.1.8). Показатель степени χ = 2. Механизмы, обладающие такой характеристикой, иногда называют механизмами с вентиляторным моментом, т.к. у вентиляторов момент сопротивления зависит от квадрата скорости. Кроме вентиляторов, такую характеристику имеют центробежные насосы, сепараторы, молотильные барабаны и др.;

4) нелинейно — падающая механическая характеристика (кривая 4, рис.1.8). В этом случае показатель степени χ = –1, Мс изменяется обратно пропорционально скорости. Данной характеристикой обладают некоторые токарные, расточные, фрезерные и другие металлообрабатывающие станки, зерновые ковшовые нории под нагрузкой при постоянной подаче, шнековые транспортеры и другие рабочие машины.

Для выбора рационального электропривода необходимо знать механическую характеристику не только рабочей машины, но и электродвигателя. От правильного сочетания данных характеристик зависят экономичность и надежность работы электропривода.

Механической характеристикой электродвигателяназывается зависимость между его вращающим моментом и угловой скоростью, т.е. МД=f(w). Почти у всех электродвигателей скорость является убывающей функцией момента двигателя. Однако степень изменения скорости с изменением момента у разных двигателей различна и характеризуется так называемой жесткостью механических характеристик. Жесткость механической характеристики электродвигателя определяется как отношение разности моментов, развиваемых электродвигателем, к соответствующей разности угловых скоростей:

. (1.2)

Например, у механической характеристики 3 на рис.1.9 жесткость определяется как .

Все механические характеристики электродвигателей можно разделить на следующие основные типы (рис.1.9):

1) абсолютно жесткая механическая характеристика (b=¥) — это такая характеристика, при которой скорость с изменением момента остается неизменной. Данной характеристикой обладают синхронные двигатели (прямая 1, рис.1.9);

2) механическая характеристика с коэффициентом жесткости b = 40. 10 это характеристика, при которой скорость с изменением момента хоть и уменьшается, но в незначительной степени. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока независимого возбуждения (прямая 2, рис.1.9) и асинхронные двигатели в рабочей части (АВ на кривой 3, рис.1.9);

3) мягкая механическая характеристика (b£10) — это характеристика, при которой с изменением момента скорость изменяется существенно. Такую характеристику имеют двигатели постоянного тока последовательного возбуждения, особенно в зоне больших угловых скоростей (кривая 4, рис.1.9).

Дата добавления: 2019-02-08 ; просмотров: 808 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Интеллектуальные контроллеры расширяют диапазон приложений для электродвигателей

Улучшение рабочих характеристик привело к появлению множества недорогих интеллектуальных контроллеров электродвигателей, позволивших расширить диапазон пользовательских и промышленных приложений. В статье сделан обзор микроконтроллеров (МК) для управления электроприводом мировых производителей.

Первое, что обращает на себя внимание при рассмотрении современных контроллеров электродвигателей, это то, что схема управления всегда определяется типом управляемого двигателя. Однако между двигателями габарита 10X и еще больших размеров и двигателями, разработанными всего лишь несколько лет назад, существует огромная разница. К тому же, современные электродвигатели стали менее дорогими и более интеллектуальными.
Все это сопровождается растущими требованиями к контроллерам электродвигателей во многих областях. Управление электродвигателями является комплексной задачей, при решении которой разработчики должны не только понимать весь комплекс операций, но и уметь применять современные аппаратные средства и программные алгоритмы. Поэтому неудивительно, что к разработке контроллеров электродвигателей в последнее время подключились поставщики FPGA и IP-решений.
При использовании шаговых электродвигателей разработчикам приходится усложнять алгоритмы управления для повышения эффективности. Для этого необходимо определять граничные условия для всей электромеханической системы и принимать во внимание такие переменные как температура, механические разрушения, ускорение, скорость, напряжение питания, вибрации и т.д.
В настоящее время широкое распространение получили приводы для электродвигателей переменного и постоянного тока, включая универсальные двигатели переменного и постоянного тока, высокочастотные бесщеточные и щеточные универсальные двигатели с ШИМ, индукционные, частотно-регулируемые (VFD), а также шаговые электродвигатели.
Интеллектуальные интегральные схемы (ИС) управления двигателями расширяют возможности регулирования работы многофазных двигателей, наиболее распространенных бесщеточных двигателей постоянного тока и трехфазных индукционных двигателей. МК и DSP позволяют осуществлять сравнительно недорогое векторное управление (ВУ), которое является серьезным математическим методом, повышающим эффективность управления бесщеточными индукционными двигателями постоянного и переменного тока. Это позволяет также уменьшать размеры двигателей, стоимость и потребление мощности, что достигается за счет непосредственного измерения поля внутри двигателя.
Другим способом оперативного управления является косвенный метод ВУ. В этом случае конфигурация поля двигателя измеряется не напрямую, а рассчитывается по математической модели электродвигателя. Упор здесь делается на повышение эффективности управления электродвигателем, для чего и применяется интеллектуальное регулирование, позволяющее экономить электроэнергию. Это особый случай применения VFD-схем. Такие схемы оптимизируют ускорение и замедление электродвигателя и выключают его, когда он не используется.
VFD является системой управления скоростью вращения электрического двигателя переменного тока за счет регулирования частоты напряжения, подаваемого на электродвигатель (см. рис. 1). VFD также называют приводом с регулируемой частотой (AFD), приводом с переменной скоростью (VSD), приводом переменного тока, микроприводом или инверторным приводом. Поскольку напряжение меняется одновременно с частотой, такие приводы называют иногда регуляторами переменного тока с переменным напряжением и переменной частотой (VVVF).

Читать еще:  Двигатель 406 стук в передней крышке

VFD позволяют экономить электроэнергию. Например, когда двигатель пытается остановить инерционную нагрузку, он может работать как генератор, динамически преобразующий кинетическую энергию в полезное тепло при помощи мощных тормозных резисторов. Поэтому многие современные двигатели оборудованы VFD-приводами.

Texas Instruments была одной из первых компаний, предложивших новую линейку макетных платформ DRV8412-C2-KIT для приводов щеточных шаговых электродвигателей постоянного тока. Данная платформа обеспечивает все программные и аппаратные средства, необходимые для управления бесщеточными шаговыми электродвигателями постоянного тока, работающими номинально при 6 А и в пиковом режиме при 12 А и 50 В. Такие системы предназначены для медицинских насосов, устройств открывания дверей, систем освещения, станков в текстильной индустрии и приложений робототехники.
Данная платформа включает привод двигателя DRV8412, MCU модуль реального времени C-200 Piccolo, быстродействующий графический интерфейс пользователя (GUI), полный исходный текст программы, интегрированную среду разработки (IDE) Code Composer Studio, а также двигатель.
Microchip Technology Inc. анонсировала недавно две оценочные платы, одну — для управления высоковольтными двигателями (dsPICDEM MCHV), а другую — для управления шаговыми двигателями (dsPICDEM MCSM). Обе снабжены подробными указаниями по применению и программами FOC с открытым исходным кодом, и на их основе с помощью цифровых сигнальных контроллеров управления электродвигателями семейства dsPIC33 MicrochipTechnology можно довольно быстро реализовывать новые приложения. В состав платы dsPICDEM MCHV включена также система управления корректором коэффициента мощности.
Компания Performance Motion Devices производит специализированные процессоры Magellan motion серии 58000 для управления электроприводом. Эти МК отслеживают 64 переменных, характеризующих движение, что позволяет создавать высокоэффективные приложения по управлению двигателями. Они способны захватывать и сохранять в аппаратных буферах сигналы реального времени восьми разных функциональных групп, таких как генерация траектории перемещения, обратная связь кодировщика, сервоуправление, коммутация, выходы двигателя, входы общего назначения, статусные сигналы и сигналы системного таймера.
Приводы электродвигателей разработаны для широкого спектра типов шаговых двигателей. Например, в семействе драйверов для микрошаговых электродвигателей серии BD638xxEV компании Rohm Semiconductor можно выбрать несколько режимов работы: от полношагового режима до режима с микрошагами, равными 1/16 от полного шага, при выходном токе при полном шаге 1,0 или 2,0 А и 2,5 А при микрошагах, равных 1/8 от полного шага. Такие приводы выпускаются в ультратонких корпусах HTSSOP-B28. Они имеют уникальную опцию защиты от подачи ложного напряжения, что предупреждает выход двигателей из строя, а также имеют встроенную защиту по току, напряжению и от перегрева.
Компания Galil Motion Control, одна из первых в разработке систем управления перемещением, представила недавно серию плат и корпусов контроллеров движения DMC-41×3 для Ethernet-приложений. Новые контроллеры компании Galil серии Econo имеют много улучшений по сравнению с преды­дущими сериями, включая возможность работы с 100-Base-T Et Ethernet и портом USB 2.0. Они характеризуются большим быстродействием, большей программной памятью, а также аналоговыми входами и оптически изолированными входами/выходами.
В презентации этой продукции сказано, что по сравнению с более ранней версией DMC-21×3, новый контроллер DMC41x3 лучше работает на более высоких скоростях, может принимать сигналы по входам кодировщика с частотой до 15 МГц, а его время отклика по контуру регулирования не превышает 62 мкс. Память контроллера для пользовательских программ и массивов увеличена вдвое.
DMC-41×3 может работать в автономном режиме или быть подключенным к персональному компьютеру через Ethernet 10/100-Base-T или USB. Имеется также дополнительный порт RS-232. Контроллер выпускается в одном из восьми выходных форматов, каждый из которых пользователь может конфигурировать для работы с серво- или шаговыми электродвигателями.
DMC-41×3 может подключаться к внешним приводам, подстраиваться под любые диапазоны напряжения питания, работать с многоосевыми (500 Вт/ось) сервоприводами компании Galil или с микрошаговыми приводами на 60 В, 3 А. 4-осевые модели имеют 16 оптически изолированных стандартных входов/выходов, а 5–8- осевые модели — 32 входа/выхода. В дополнение к оптически изолированным входам/выходам в контроллере имеются 8 аналоговых входов и отдельный вход для каждой оси.
DMC-41×3 выпускается в корпусах 8,1×7,25×1,5-дюймов для 1–4-осевых моделей и 11,5×7,25×1,5 дюймов для 5–8-осевых моделей.

Небольшие OEM-компании при разработке систем управления электродвигателями все большее внимание уделяют FPGA, которые позволяют объединять универсальные ШИМ-блоки, интерфейсы преобразователей и специфические предварительно сконфигурированные блоки управления двигателем. Во встроенном в FPGA контроллере имеются соответствующие программные драйверы.
Основным достоинством FPGA является возможность применения IP по управлению двигателями, например, компании Alizem. Эта компания предлагает полный комплект IP по управлению и диагностике двигателей, разработанный для высокоэффективных и безопасных домашних приложений.
Altera при разработке системы управления двигателем для домашних устройств Cyclone III FPGA (см. рис. 2) высоко оценила IP-продукт, созданный компанией Alizem. Все созданные кампанией Alizem IP-продукты для управления электродвигателями спроектированы по ее собственному алгоритму. Полный привод синхронного электродвигателя с постоянным магнитом, включающий ШИМ и цепи регулирования тока, реализованный на базе недорогого Altera Cyclone III FPGA, состоит примерно из 500 логических элементов.
Actel (в настоящее время вошедшая в состав Microsemi) использует для управления двигателями собственные интеллектуальные FPGA для смешанных сигналов — SmartFusion (см. рис. 3). Компания утверждает, что они являются единственными устройствами, объединяющими FPGA, процессор ARM Cortex-M3 и программируемые аналоговые функции. Actel предлагает изготавливать изделия по техническим условиям заказчика с защитой IP и при этом простые в эксплуатации.

УСТОЙЧИВОСТЬ МЕХАНИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ

В общем случае движение электропривода может происходить в двух режимах ‑ установившемся, при котором скорость движения неизменна (или, в частном случае, равна нулю), и переходном (динамическом), характеризующемся изменением скорости. В этом параграфе рассматривается первый из названных режимов.

Условием установившегося вращательного движения в соответствии с (1.11) является равенство моментов двигателя и приведенного момента нагрузки М=МС. Проверка выполнения этого условия обычно осуществляется графически с помощью механических характеристик двигателя и исполнительного органа.

Механической характеристикой двигателя вращательного движения называется зависимость угловой скорости его вала от развиваемого им момента w (М). Для двигателя поступательного движения механическая характеристика представляет собой зависимость скорости двигателя от развиваемого им усилия u(F). Различают естественную и искусственные характеристики двигателей.

Читать еще:  Ваз 2110 играют обороты двигателя

Естественной называется механическая характеристика двигателя, которая соответствует основной схеме включения двигателя, номинальным параметрам питающего напряжения и отсутствию в электрических цепях двигателя дополнительных элементов. На рис. 1.3 показаны естественные характеристики наиболее распространенных двигателей

Рис. 1.3. Естественные механические

Рис. 1.4. Механические характеристики исполнительных органов

вращательного движения: 1 ‑ двигателя постоянного тока независимого возбуждения; 2 ‑ двигателя постоянного тока последовательного возбуждения; 3 ‑ асинхронного двигателя; 4 ‑ синхронного двигателя.

Искусственные или, как их еще часто называют, регулировочные характеристики получаются в том случае, когда изменяются параметры питающего двигатель напряжения или в цепи обмоток двигателя вводятся дополнительные элементы (резисторы, конденсаторы и т. д.), а также при включении двигателя по специальным схемам. Искусственных характеристик у двигателя может, быть много.

По аналогии с двигателем механической характеристикой исполнительного органа рабочей машины называется зависимость скорости его движения от момента или усилия, т. е. зависимость wи,ои,о) или uи,о (Fи,о)- На рис. 1.4 показаны приведенный к валу двигателя механические характеристики w (Мс) некоторых исполнительных органов, полученные в результате выполнения операции приведения Ми,о или Fи,о (1.5)—(1.8).

Характеристика в виде вертикальной прямой линии 1 соответствует различным подъемным механизмам. Ее отличительной особенностью является неизменное направление момента нагрузки Мс. Такие моменты называют активными, они создаются за счет действия различных потенциальных сил ‑ силы тяжести, упругой деформации тел и т. д. Активные моменты при одном направлении движения (подъем груза) оказывают противодействие этому движению, а при другом (спуск груза) ‑ способствуют ему.

Характеристика в виде ломаной линии 2 относится к исполнительному органу, сопротивление при движении которого создается главным образом силами трения. Поэтому ее часто .называют также характеристикой сухого трения. Такой характеристикой (или близкой к ней) облагают механизмы подач станков, горизонтальные конвейеры и транспортеры, механизмы передвижения подъемных кранов. Момент нагрузки этого вида всегда направлен навстречу движению, поэтому он получил название реактивного момента нагрузки.

Кривая 3 характеризует момент нагрузки вентиляторов, центробежных компрессоров, дымососов, который обычно пропорционален квадрату скорости. Характеристики вида 3 часто называют вентиляторными.

Характеристикой вида 4, близкой к гиперболической зависимости, обладают механизмы главного движения токарных и фрезерных станков, различные наматывающие устройства.

Отметим, что показанные на рис. 1.3 характеристики представляют собой некоторые идеализированные, теоретические характеристики. Реальный момент нагрузки определяется, как правило, одновременно несколькими составляющими, в силу чего механические характеристики исполнительного органа имеют более сложный вид.

Для оценки крутизны механической характеристики двигателя вводится понятие жесткости, которое определяется как

(1.22)

Используя этот показатель, характеристику синхронного двигателя (прямая 4 на рис. 1.3) можно назвать абсолютно жесткой ( ), двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (прямая 1) ‑ жесткой, а с последовательным возбуждением (кривая 2) ‑ мягкой. Характеристика асинхронного двигателя (кривая 3) имеет переменную жесткость – на так называемом рабочем участке (отрезок аб характеристики) жесткость отрицательна и

значительна по модулю, в области критического момента она равна нулю, а при меньших скоростях она положительна и невелика.

Рис. 1.5. Определение параметров установившегося движения

Имея механическую характеристику двигателя и приведенную характеристику исполнительного органа (в дальнейшем характеристику w(Мc) будем называть просто характеристика исполнительного органа), нетрудно определить выполнимость условия установившегося движения M=Мc. Для этого совместим в одном и том же квадранте эти характеристики. Факт пересечения этих характеристик говорит о возможности совместной работы двигателя и рабочей машины, а точка их пересечения является точкой установившегося движения, так как в этой точке М=Мс и dw./dt=.

На рис. 1.5 показаны механические характеристики вентилятора (кривая 1> и двигателя независимого возбуждения (кривая 2). Точка А является точкой установившегося движения, а ее координаты (wуст, Муст) — координатами установившегося движения вентилятора.

Наряду с понятием механическая характеристика в теории электропривода широко используется понятие электромеханическая характеристика электропривода, под которой понимается зависимость скорости электропривода от тока электродвигательного устройства.

Для полного анализа установившегося движения необходимо определить, является ли это движение устойчивым. Устойчивым будет такое установившееся движение, которое, будучи выведенным из установившегося режима каким-то внешним возмущением, возвращается в этот режим после исчезновения возмущения. В остальных случаях движение будет неустойчивым. Иллюстрацией устойчивости движения может служить положение равновесия шарика на поверхности: устойчивое на рис. 1.6, а и неустойчивое на рис. 1.6, б.

Для определения устойчивости движения удобно вое пользоваться механическими характеристиками.

Оценим в качестве примера (рис. 1.7) устойчивость движения электропривода с асинхронным двигателем АД, приводящим в движение исполнительный орган с вертикальной механической характеристикой ИО. Установившееся движение возможно с двумя скоростями: wуст1 в точке 1 и wуст2 в точке 2, в которых М=Мс. Определим, устойчиво ли движение в обоих точках.

Точка 1. Предположим, что под воздействием кратковременного возмущения скорость увеличилась до значения , после чего воздействие исчезло. По механической характеристике АД скорости будет соответствовать момент . В результате этого динамический момент станет отрицательным и привод начнет тормозиться до скорости wуст1 при которой М=Мс.

Если возмущение вызовет снижение скорости до значения , то момент АД возрастет до значения , динамический момент станет

положительным и скорость увеличится до прежнего значения wуст1. Таким образом, движение в точке 1 со скоростью wуст1 является устойчивым.

Точка 2. Проведем аналогично анализ устойчивости установившегося движения в точке 2. При повышении скорости до момент АД возрастет до значения . динамический момент и скорость будет продолжать увеличиваться, не возвращаясь к своему исходному значению wуст2.

При снижении скорости вследствие снижения момента АД динамический момент будет отрицательным, и процесс снижения скорости будет продолжаться и далее. Таким образом, можно сделать вывод о неустойчивости движения электропривода в точке 2 со скоростью wуст2.

Вследствие отмеченного положения часто участок характеристики АД с отрицательной жесткостью, на котором расположена точка 1, называют рабочим, а участок с положительной жесткостью, где находится точка 2 ‑ нерабочим.

Проведенный анализ позволяет определить, что необходимым и достаточным условием устойчивости установившегося движения является противоположность знаков приращения скорости и возникающего при этом динамического момента, т.е.

(1.23)

Устойчивость или неустойчивость движения может быть определена и аналитически с помощью понятия жесткости механических характеристик АД и исполнительного органа b и bс. Без вывода приведем условие устойчивой работы электропривода в конечном виде

или (1.24)

Для рассматриваемого примера bс=0, поэтому устойчивость определяется знаком жесткости характеристики АД b: для точки b 0 и движение неустойчиво. Отметим, что в соответствии с (1.24) при определенной жесткости bс устойчивая работа электропривода возможна и при положительной жесткости механической характеристики АД, в частности на так называемом нерабочем участке характеристики АД.

a)

б)

Рис. 1.6. К понятию устойчивости

Рис. 1.7. Определение устойчивости механического движения

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector