Установившееся движение электропривода

Установившееся движение ЭП обусловлено равенством моментов двигателя и рабочей машины , в этом случае динамический момент будет равен нулю . Для исследования статического режима часто используют механические характеристики. Механические характеристики представляют зависимость сил или моментов от скорости движения.

Механические характеристики рабочей машины обычно изображают в виде зависимости (рис. 2.4). Каждая механическая система имеет свои характеристики. Но условно их можно разделить на четыре большие группы, которые объединяют большую часть применяемых на практике механизмов [13; 14].

Рис. 2.4. Механические характеристики рабочей машины

1 группа механизмов – момент сопротивления которых не зависит от скорости (кривая 1), например: лебедки, конвейеры с постоянной массой перемещаемого груза, механизмы подач некоторых металлорежущих станков.

2 группа механизмов – момент сопротивления которых зависит линейно от скорости (кривая 2), например: генератор постоянного тока независимого возбуждения при работе на постоянный резистор.

3 группа механизмов – имеет нелинейно-возрастающую (вентиляторную) характеристику, момент сопротивления пропорционален квадрату скорости (кривая 3), например: вентиляторы, компрессоры, центробежные насосы и другие центробежные машины.

4 группа механизмов – имеет нелинейно-спадающую характеристику, момент сопротивления изменяется обратно пропорционально скорости, но не линейно. Обычно у этих механизмов мощность потребления остается постоянной (кривая 4), например, некоторые металлорежущие станки.

Механические характеристики двигателей изображают в виде зависимости . Для большинства двигателей эта зависимость является убывающей функцией момента. Степень изменения скорости с изменением момента и характер изменения для различных двигателей различен. В зависимости от вида механической характеристики ЭД делят на четыре основные группы (рис. 2.5):

Рис. 2.5. Механические характеристики электродвигателей

1 группа двигателей – синхронные двигатели, скорость не изменяется при изменении момента (кривая 1). Характеристика абсолютно жесткая .

2 группа двигателей – у этих двигателей скорость несколько снижается при увеличении момента (кривая 2). Характеристика жесткая. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением и асинхронные двигатели на рабочем участке характеристики.

3 группа двигателей – скорость значительно изменяется с увеличением момента (кривая 3). Характеристика мягкая. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

4 группа двигателей – характеристика абсолютно мягкая . Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока с независимым возбуждением при их питании от источника тока либо в замкнутой системе при стабилизации тока якоря.

Рис. 2.6. Механическая характеристика

Для ЭД широко используют понятие жесткости механической характеристики:

- для линейной характеристики, (2.12)

- для нелинейной характеристики. (2.13)

Обычно механические характеристики двигателей имеют отрицательную жесткость. Понятие жесткости используют и для оценки механической характеристики РМ.

Для сопоставления различных двигателей используют понятие относительной жесткости. Если представить ω и М в относительных единицах (рис. 2.6), то получим

, , - для ДПТ последовательного возбуждения.

Тогда ,

- относительная жесткость. (2.14)

Если относительная жесткость механической характеристики больше 40, то характеристика абсолютно жесткая, если - жесткая, - мягкая.

Установившийся режим работы ЭП характеризуется равенством скоростей и моментов Д и РМ. Изображая характеристики двигателя (кривая 1, рис. 2.7) и рабочей машины (кривая 2), в первом квадранте найдем точку их пересечения.

- точка пересечения характеристик соответствует установившемуся режиму системы. Под воздействием возмущающих факторов система может отклониться от установившегося режима, но если она статически устойчива, то после снятия возмущения она вновь вернется в прежнее состояние.

Рис. 2.7. Механические характеристики:

1-двигателя; 2- рабочей машины; 3- суммарная

Для того чтобы обеспечить статическую устойчивость, необходимо, чтобы при увеличении угловой скорости двигателя его момент оказался меньше момента сопротивления, а при уменьшении скорости больше момента сопротивления, тогда система будет сама возвращаться в положение равновесия. Понятие устойчивости обычно записывают через жесткость.

условие должно выполняться в точке устойчивости и тогда система будет статически устойчивой (Критерий статической устойчивости),

где - жесткость механической характеристики двигателя;

- жесткость механической характеристики рабочей машины.

В тех случаях, когда устойчивость системы ЭД-РМ оценить сложно, строят суммарную характеристику ЭД и РМ (кривая 3, рис. 2.7). Если совместная механическая характеристика имеет отрицательную жесткость, то система устойчива.