Механические характеристики

Моменты М и М_с могут зависеть от времени, от положения, от скорости. Наиболее интересна и важна связь моментов М и М_с со скоростью . Зависимости и называют механическими характеристиками соответственно двигателя и нагрузки (механизма). Механические характеристики будут служить очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Поскольку как моменты, так и скорость могут иметь различные знаки, механические характеристики могут располагаться в четырех квадрантах плоскости . На рис. 2.3 в качестве примера показаны характеристики асинхронного двигателя (М) и центробежной машины (М_с). Знаки величин определяют, приняв одно из направлений движения за положительное, например: по часовой стрелке- + или вверх- + и т.п. Моменты, направленные по движению (движущие), имеют знак, совпадающий со знаком скорости (участок w₀ - М_к.з характеристики двигателя); моменты, направленные против движения (тормозящие), имеют знак, противоположный знаку скорости (остальные участки характеристик).

Рис. 2.3. Пример механических характеристик

Моменты принято делить на активные и реактивные.

Активные моменты могут быть как движущими, так и тормозящими, их направление не зависит от направления движения: момент, созданный электрической машиной (М на рис. 2.3), момент, созданный грузом, пружиной и т.п. Соответствующие механические характеристики могут располагаться в любом из четырех квадрантов.

Реактивные моменты - реакция на движение, они всегда направлены против движения, т.е. всегда тормозящие: момент от сил трения, момент, создаваемый центробежной машиной (М_с на рис. 2.3) и т.п. Механические характеристики всегда располагаются во втором и четвертом квадрантах.

Механические характеристики принято оценивать их жесткостью . Они бывают (рис. 2.4) абсолютно жесткими (1), абсолютно мягкими (2) могут иметь отрицательную <0(3) или положительную (4) жесткость.

Рис. 2.4. Механические характеристики с различной жесткостью

Механические характеристики двигателя и нагрузки, рассматриваемые совместно, позволяют очень просто определить координаты - скорость и моменты - в установившемся (статическом) режиме w_уст и М_уст. Действительно, если отразить зеркально относительно оси скорости характеристику М_с (рис. 2.5,а), то точка А пересечения отраженной кривой - М_с с характеристикой двигателя М определит установившийся режим, поскольку выполнится условие М+(-М_с)= 0 или , отрезки АВ и ВС будут равными.

а) б)

Рис. 2.5. К определению установившегося режима

Легко видеть, что здесь мы выполнили одну операцию - перенесли М_с из второго квадранта в первый. Эту операцию можно исключить, если записывать уравнение движения (2.1) в виде:

, (2.4)

где знак “-” перед и означает зеркальный перенос характеристики нагрузки (рис. 2.5,б). Этот прием традиционно используется в электроприводе, т.е. вместо общей и, конечно, правильной общей записи (2.1) используют измененную форму (2.4), помня, что это лишь удобный прием, при котором установившийся режим получается при простом пересечении характеристики М и -М_с

Механические характеристики двигателя и нагрузки позволяют определить, будет ли статически устойчив установившийся режим, т.е. вернется ли система после действия любого случайного возмущения к исходному статическому состоянию - рис. 2.6,а, или не вернется - рис. 2.6,б.

а) б)

Рис. 2.6. К определению статической устойчивости

В первом случае (рис. 2.6,а) показано, что любое случайное, например снижение скорости (w₁ < w_уст) сопровождается преобладанием движущего момента М над тормозящим М_с, и равновесие восстанавливается, система возвращается в исходное состояние. Во втором случае (рис. 2.6,б) такое же случайное изменение скорости приводит к преобладанию тормозящего момента, и равновесие не восстанавливается - система статически неустойчива.