Жёсткость механической характеристики

Вначале введем понятие «механическая характеристика двигателя».

На практике важно знать, как связаны между собой два важных эксплуатационных

параметра – электромагнитный момент двигателя, зависящий от механической нагрузки и скорость двигателя.

Для этого в теории электропривода используют т.н. механические характеристики.

Механической характеристикой двигателя, независимо от рода тока, называют зави

симость угловой скорости вала двигателя ω ( далее – двигателя ) от электромагнитного момента двигателя М, т.е зависимость ω (М).

Поэтому в теории электропривода для изображения графиков механических харак

теристик электродвигателей и механизмов ( более подробно – ниже ) принята прямоуголь-

система координат ω ( М ), где: ω – угловая скорость якоря ( ротора ) электродвигателя,

рад /с ( с ), М – электромагнитный момент электродвигателя, Нм ( рис. 1.1 ).

Рис. 1.1. Система координат ω (М), применяемая для изображения характеристик электродвигателей

Каждая механическая характеристика описывается соответствующим уравнением

( более подробно – см. ниже ).

В качестве примера рассмотрим механические характеристики двух типов двигате-

лей – синхронного ( переменный ток ) и параллельного возбуждения ( постоянный ток ).

Рис. 1.2. Механические характеристики: 1 - синхронного двигателя, 2 – двигателя

постоянного тока параллельного возбуждения

Как следует из рисунка, механическая характеристика синхронного двигателя 1 представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс ( оси М ). Это означает, что при любом значении электромагнитного момента двигателя М скорость двигателя ω не изменя

ется.

Такая характеристика подсказывает область применения синхронных двигателей – они применяются там, где требуется стабильность скорости, например, в электроприводах гребных электрических установок, мощных компрессоров газовых трубопроводов и т.п.

Механическая характеристика двигателя постоянного параллельного возбуждения 2 представляет собой прямую, слабо наклоненную к оси абсцисс ( оси М ). Это означает, что при значительном изменении электромагнитного момента двигателя М скорость двига

теля ω изменяется незначительно.

Такие двигатели применяются там, где при изменении нагрузки механизма в широ-

ких пределах скорость двигателя не должна изменяться резко - в электроприводах насо-

сов, вентиляторов и т.п.

Жёсткостью механической характеристикиназывают величину, равную отноше-

нию приращению момента к приращению угловой частоты:

β = Δ М/ Δω ( 8 ),

где Δ М – приращение электромагнитного момента двигателя, выраженное в отно-

сительных единицах;

Δω – то же, для угловой скорости.

Для синхронного двигателя жёсткость механической характеристики

β = Δ М/Δω = Δ М/ 0 = ∞.

На практике удобно применять более понятную обратную физическую величину – крутизну механической характеристики

k = 1 / β = Δω / Δ М ( 9 ).

Иначе говоря, эта характеристика показывает, как изменяется скорость двигателя при изменении его электромагнитного момента.

Для синхронного двигателя Δω = 0, поэтому крутизна

k = 1 / β = Δω / Δ М = 0 / Δ М = 0.

Для остальных типов двигателей, кроме синхронных, крутизна находится в преде

лах k = 0,1…0,9, т.е. при изменении электромагнитного момента М его скорость изменяется незначительно ( например, k = 0,1 ) или значительно (k = 0,9 ).

Например, для двигателя постоянного тока параллельного возбуждения k = 0,1…

…0,15, т.е. скорость двигателя практически стабильна при любой нагрузке.