Механические характеристики исполнительных механизмов

Если для любого электродвигателя входной величиной является момент механизма, а выходной – его скорость, то для механизмов, наоборот, входной величиной является ско

рость ω ( от двигателя ), а выходной – статический момент механизма М . Это означает, что при любом изменении скорости механизма ( двигателя ) будет изменяться его статиче-

ский момент М .

Например, в электроприводе центробежного насоса при увеличении скорости ω

момент на крыльчатке М увеличивается пропорционально скорости.

Зависимость статического момента механизма М от его угловой скорости ω назы

вается механической характеристикой механизма - М ( ω ).

Таким образом, система координат для изображения механических характеристик

механизмов – это М ( ω ).

. Различают два вида механических характеристик:

1. крановые, когда при изменении скорости в широких пределах статический мо

мент не изменяется ( рис. 19, характеристика 1 ).

Такая характеристика описывается уравнением

М = сonst ,

т.е. момент не зависит от скорости.

2. вентиляторные, у которых статический момент пропорционален квадрату скоро

сти ( рис. 19, характеристика 2 ).

Такая характеристика описывается уравнением

М = М + ΔМ,

где М - момент холостого хода;

ΔМ = сω - момент, создаваемый рабочим органом механизма при выполнении полезной работы ( с – постоянный коэффициент, ω – угловая скорость вала механизма ).

Рис. 2.6. Механические характеристики механизмов: а – в системе координат

М ( ω ); б - в системе координат ω (М)

Крановые характеристики имеют механизмы грузовых кранов, лебедок, брашпи-

лей, т.е. механизмов, работа которых связана с преодолением действия силы тяжести.

Статический момент таких механизмов

М = GD/2 = const,

где G – вес груза ( у брашпилей – весом якоря с якорь-цепью );

D – диаметр грузового ( у брашпилей – якорного ) барабана.

Вентиляторные характеристики имеют центробежные вентиляторы, насосы и др.

У таких механизмов условия пуска – легкие, т.к. при пуске на валу механизма есть небольшой момент холостого хода М , создаваемый силами трения в элементах привода.

Однако по мере разгона статический момент механизма резко увеличивается за счет того, что к моменту холостого хода добавляется момент ΔМ = сω , создаваемый си

лами трения рабочего органа ( крыльчатки ) о среду ( у вентиляторов – воздух, у насосов – перекачиваеая жидкость ).

Таким образом, для изображения механических характеристик двигателей применя

ют систему координат ω (М), механических характеристик механизмов – «перевернутую» систему М ( ω ).

Применение разных систем координат для двигателей и механизмов создает трудно

сти при рассмотрении электромеханических свойств электропривода в целом, состоящего из электродвигателя и механизма.

Поэтому на практике для изображения механических характеристик двигателей и механизмов принята единая система координат ω (М), т.е система, принятая для механи-

ческих характеристик электродвигателей.

В этой системе координат механические характеристики механизмов показаны на рис. 2.6, б.

§ 2.3. Механические характеристики двигателей и механизмов в 4-х квадран-

Тах

В принятой системе координат ω (М) механические характеристики электродвигате

лей и механизмов могут располагаться в любом из 4-х квадрантов, в зависимости от режи-

ма работы электропривода.

Выясним, какому режиму работы электропривода соответствует каждый квадрант.

Рис. 2.7. Режимы работы электропривода

Объясним эти режимы на примере электропривода грузовой лебёдки.

Для этого вначале изобразим в каждом квадранте барабан лебёдки с висящим

грузом ( рис. 2.7 ).

Затем рассмотрим взаимодействие моментов, приложенных к валу двигателя, в

каждом из четырёх квадрантов.

Начнём с первого квадранта.

В теории электропривода принято считать, что в 1-м квадранте двигатель работает

в режиме подъёма.

Чтобы обеспечить подъём груза, барабан должен вращаться в направлении против

часовой стрелки ( 1-й квадрант ). Поэтому нарисуем рядом с барабаном стрелку «ω» в упо

мянутом направлении.

Вращает барабан в этом направлении электродвигатель, поэтому направление его

электромагнитного момента М совпадает с направлением угловой скорости «ω».

Кроме электромагнитного момента М, к валу двигателя приложены ещё два:

1. полезный момент М , созданный грузом. Поскольку сила тяжести всегда направле

на вниз ( к центру Земли ), этот момент на рис. 1, б направлен по часовой стрелке, навстре

чу направлению вращения барабана. Поэтому момент М - тормозной;

2. момент холостого хода М , созданный силами трения. Силы трения всегда препят-

ствуют движению, поэтому этот момент направлен навстречу «ω». Этот момент – тормоз-

ной.

Итак, в 1-м квадранте двигатель работает в режиме подъёма, причём движущим

( вращающим ) является электромагнитный момент двигателя М, а тормозными – полез-

ный момент М груза и момент холостого хода М сил трения.

В прямоугольной системе координат при последовательном переходе из одного

квадранта в другой изменяется знак только одной координаты, скорости «ω» или элект-

ромагнитного момента двигателя «М».

Поэтому при переходе из 1-го квадранта во 2-й изменяется знак только электромаг

нитного момента М.

Значит, во 2-м квадранте на барабане лебёдки надо изменить на противоположное

тольконаправление электромагнитного момента М.

Во 2-м квадранте этот момент оказался направленным навстречу движению ( навст

речу «ω» ), значит, он тормозной.

Поскольку в системе координат знак «ω» не изменился, значит, двигатель продол-

жает вращаться в направлении на подъём ( по инерции ), но к его валу уже приложен тор

мозной момент двигателя М.

Поэтому режим работы двигателя называется «торможение при подъёме».

Такой режим можно получить, если на ходу переключить двигатель из направления

«подъём» в направление «спуск». ( на ходу начать реверсировать ).

При переходе из 2-го квадранта в 3-й изменяется знак только направления враще-

ния «ω».

Поскольку изменилось направление вращения, изменяется на обратное направле-

ние момента холостого хода М . Направление действия моментов М и М не изменяет-

ся.

В 3-м квадранте направления вращения «ω» и момента двигателя М направлены

согласно, значит, этот момент – движущий.

В 3-м квадранте двигатель работает на спуск груза, причём электромагнитный мо-

мент двигателя М направлен в направлении на спуск, т.е. заставляет груз опускаться при

нудительно, при помощи своего электромагнитного момента ( электромагнитной силы ).

Поэтому режим работы двигателя в 3-м квадранте называют «силовой спуск».

Его применяют, например, в электроприводах брашпилей с самотормозящейся чер-

вячной передачей. У таких электроприводов при растормаживании якорь не может опу-

ститься под действием собственного веса, из-за трения в передаче. Поэтому двигатель

включают на спуск, опуская якорь силой.

При переходе из 3-го квадранта в 4-й изменяется знак только электромагнитного

момента двигателя М. Этот момент теперь направлен на подъём, хотя происходит спуск

груза. Значит, он – тормозной. Иначе говоря, двигатель притормаживает электропривод,

ограничивает скорость спуска груза, не даёт грузу разогнаться.

Поэтому режим работы двигателя в 4-м квадранте называют «тормозной спуск».

Выводы:

1. в определённый момент времени двигатель может работать в одном из 4-х режимов:

а ) подъём; б ) торможение при подъёме; в ) силовой спуск; г ) тормозной спуск;

2. в 1-м и 3-м квадрантах ( нечётных ) двигатель работает в двигательном режиме,

когда направление электромагнитного момента М совпадает с направлением вращения;

во 2-м и 4-м квадрантах - в тормозном, его направление противоположно вращению.