Механизмов и двигателей

Механической характеристикой производственного меха­низма называют зависимость между приведенными к валу дви­гателя угловой скоростью и моментом сопротивления . Различные механизмы имеют различные механические харак­теристики, однако большинство из них с достаточной точно­стью описываются эмпирической формулой

(1.28)

где М₀ – момент холостого хода механизма; М_с – момент со­противления при скорости ; – момент сопротивления (номинальный) при номинальной скорости ; x – показа­тель степени, определяющий тип характеристики.

1. При x = 0 момент не зависит от скорости, т. е. = const (рис. 1.9, прямые 1, 2). Такой характеристикой обладают подъ­емные механизмы, насосы при постоянстве напора, конвейе­ры при неизменной массе перемещаемого материала и др.

2. Приx =1 имеем линейно-возрастающую характеристи­ку (прямая 3, рис. 1.9). Такой характеристикой обладает ге­нератор постоянного тока независимого возбуждения при ра­боте на сопротивление R = const при i_B = const, .

3. Нелинейно-спадающая характеристика (кривая 4, рис. 1.9) при x = -1, т. е. момент сопротивления изменяется об­ратно пропорционально скоро­сти (гиперболическая функция). При этом мощность ос­тается постоянной.

4. Нелинейно-возрастающая (параболическая) характеристи­ка (кривая 5, рис. 1.9) при x = 2, когда момент сопротивления про­порционален квадрату скорости, М ºω². Такой характеристикой обладает большинство турбомеханизмов: турбокомпрессоры, насосы, вентиляторы. При этом мощность Р=М ºω ³. Отметим лишь, что указанная зависимость имеет место в режимах, когда рас­ход Q º , а напор (давление) Н= ω².

Характеристики, показанные на рис. 1.9, представляют со­бой некоторые идеализированные, теоретические зависимости. Ре­альные механические характери­стики имеют более сложный вид. Механическая характеристика вращающегося электродви­гателя – это зависимость угловой скорости от вращающего (электромагнитного) момента, т. е. . Для машин по­ступательного движения (линейные двигатели) – зависи­мость скорости от развиваемого усилия – v(F). Большинство электродвигателей обладают спадающей механической харак­теристикой, когда с увеличением момента скорость убывает (рис. 1.10).

Различают естественную и искусственные механические характеристики. Естественной называют характеристику, со­ответствующую основной схеме включения при U = U_H и при отсутствии в обмотках (электрических цепях) дополнитель­ных элементов – сопротивлений, индуктивностей, емкостей. Кривая 4, изображенная на рис. 1.10, – характеристика синхронного двигателя, когда = const при М = ; 1 – дви­гателя постоянного тока независимого возбуждения; 2 – дви­гателя постоянного тока последовательного возбуждения; 3 – асинхронного двигателя; 5 – характеристика, при которой М = const с изменением скорости. Такой характеристикой об­ладают двигатели постоянного тока независимого возбужде­ния при питании от источника тока, т. е. .

Искусственные механические характеристики получают при или введением в цепь обмоток дополнитель­ных элементов. Таких характеристик может быть много. Сле­дует особо отметить, что КПД двигателей, работающих на ес­тественной характеристике, имеет значения η = (0,8 + 0,98), а на искусственных, в зависимости от способа регулирования, КПД может быть значительно меньше. Эти дополнительные потери связаны, как правило, с регулированием.

Для всей системы привода КПД во многом зависит и от типа механического передающего устройства (МПУ) (см. рис. 1.1) и в некоторых случаях может быть значительно ниже КПД двигателя. Например, использование одноступенчатого чер­вячного редуктора для получения низких скоростей снижает КПД привода до ≈0,5 и ниже.

(1.29)

Отсюда следует, что характеристика синхронного двигате­ля (рис. 1.10, прямая 4) является абсолютно жесткой (Δ =0, β=∞); двигателя постоянного тока независимого возбужде­ния (прямая 1) – жесткой, а с последовательным возбужде­нием (кривая 2) – мягкой; характеристика асинхронного дви­гателя (кривая 3) имеет переменную жесткость, на рабочем участке она жесткая; характеристика типа 5 – абсолютно мяг­кая, ΔМ=0, β=0.

Таким же образом можно определить и механические ха­рактеристики производственных механизмов (см. рис. 1.9): прямые 1, 2 – абсолютно мягкие; прямые 3, 5 имеют положительную жесткость; прямая 4 – мягкая, с отрицательной жесткостью.

Совмещение характеристик двигателя и производственно­го механизма (рис. 1.11) дает представление об условиях вы­полнимости установившегося ре­жима, когда На рис. 1.11, а представлены ме­ханические характеристики вентилятора (кривая 1) и двигате­ля постоянного тока независи­мого возбуждения (кривая 2). Точка А является точкой устой­чивого установившегося режима, здесь М = М_с. Устойчивым будет режим, когда привод, будучи выведенным из установившегося режима внешним возмуще­нием, возвращается в эту точку после исчезновения возмуще­ния. Если внешнее воздействие привело к росту скорости до ', то момент двигателя снижается до М'. Появился отри­цательный динамический момент привод тормозится до скорости (точка А). Если возмуще­ние вызовет снижение скорости до ", момент двигателя воз­растает до М", динамический момент , скорость уве­личится до (точка А). Таким образом, режим работы в точке А является устойчивым.

Из сказанного выше следует, что необходимым и доста­точным условием устойчивости установившегося режима яв­ляется

(1.30)

Можно воспользоваться понятием жесткости характери­стик двигателя и приводного механизма, тогда условие устой­чивой работы

(1.34)

Для рассмотренного случая > 0 (см. рис. 1.11), поэтому устойчивость определяется знаком жесткости характеристи­ки двигателя.