Механические характеристики производственных механизмов и эд

Механические характеристики производственных механизмов (рис.б) определяют машину как нагрузку и показывают, как изменяется частота их вращения от создаваемого ими нагрузочного момента – n = f(Mc), которыемогут быть выражены графически или формулами.

Мс = М₀ + (Мс – М₀)(n/n_ном)^х,

где Мс – момент сопротивления механизма при частоте вращения n;

Мсном –- момент сопротивления механизма при частоте вращения n_ном ;

М₀ – моиент сопротивления трения;

х – коэффициент, характеризующий изменение Мс от n

В соответствии с вышеприведенной формулой механические характеристики механизмов имеют следующую классификацию.

1. Не зависимая от частоты вращения (х = 0)

Мс = Мсном; Р = Мω; Р = Мn; Р пропорциональна n.

Такой характеристикой обладают: конвейер с постоянной масс сой, вальцовые

механизмы, бумагоделательные машины, подъёмные краны, лебедки, поршневые насосы с постоянной массой.

2. Линейновозрастающая - х =1.

Мс = М₀ + (Мс – М₀)(n/n_ном); М пропорционален n, а Р пропорциональна n².

Это характеристики ленточнопильных, круглопильных, строгальных станков.

3. Нелинейновозрастающая – х = 2.

Мс = М₀ + (Мс – М₀)(n² /n²_ном); М пропорционален n², а Р пропорциональна n³

Это характеристики вентиляторов центробежных насосов, турбовоздуходувок

центрифуг, механизмов, работа которых связана с преодолением сопротивления

воздуха, газа, воды.

4. Нелинейноспадающая – х = - 1.

Мс = М₀ + (Мс – М₀)(n_ном/n); М пропорционален 1/n, а Р = cоnst.

Это характеристики механизмов, преодолевающих вязкие нагрузки – торельчатые питатели, глиномятки, лущильные, токарные, фрезерные, расточные станки.

Механические же характеристики ЭД (рис.а) 1, 2, и 3 рассматривались в разделе «Электрические машины», а зависимость 4 представляет собой специальную механическую характеристику. Степень изменения скорости вращения с изменением нагрузки М у представленных ЭД различна и характеризуется их крутизной S_x или жесткостью β. Эти параметры механических характеристик имеют обратную зависимость β = –S^–1_х и позволяют классифицировать все ЭД по жесткости или крутизне характеристик на четыре вида: 1)абсолютно жесткие (β = ∞ – СД и специальные электромеханизмы); 2) жесткие (∞ > β > 3,5 – АД с к. з. ротором, ДПТ с независимым и параллельным возбужде­нием); 3) мягкой (–3,5 > β >1 – ДПТ последовательного возбуждения); 4) крутой характеристикой (ДПТ независимого возбуждения при I_я = const и электромеханизмы со специальными устройствами управления).

Основными статическими характеристиками ЭП являются электромеханическая ω(I) и механическая ω(М). Равенство с учетом условий установившегося движения системы запишем в двух формах:

(1)

(2)

Соотношения (1) и (2) представляют собой аналитические зависимости соответственно электромеханической и механической характеристик ЭП постоянного тока с ЭДУ независимого (параллельного) возбуждения.

Изобразим выражения (1) и (2) графически. Зависимости ω(I) (рис. а) и ω(М) (рис. б) при ω₀ = const, С_Е = const и R = const есть прямые линии в отрезках. При этом привод имеет два крайних режима работы:ω=ω₀, I = 0, M = 0 – режим холостого хода (РХХ) и ω = 0, I = I_K, M = M_K – режим короткого замыкания (РКЗ).

РисМеханическая и электромеханическая характеристики и основные двигательные режимы работы электропривода постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения

Режим, для которого изготовлено ЭДУ, называется номинальным (РНР) и характеризуется номинальным током I_н и номинальной нагрузкой — номинальным вращающим моментом М_н при номинальном значении основного параметра электропривода ω = ω_н.

Понятия о статике и динамике электропривода.

Электродвигатель, механическая передача и рабочая машина механически соединены между собой и образуют совместно движующуюся систему.

Основное положение динамики электропривода: при движении системы электродвигатель – рабочая машина движущий момент всегда уравновешивается моментами сил сопротивления движению, т. е.

М_дв = М_с + М_дин,

где М_дв – вращающий момент двигателя;

М_с – статический момент сопротивления (создаётся всеми видами сил – силы молекулярного сцепления обрабатываемого материала, силы трения, силы притяжения к земле перемещающихся масс);

М_дин – динамический момент ( создаётся силами инерции движущихся масс электропривода; возникают при изменеии скорости движения).

Если система движется с постоянной частотой вращения, то силы инерции отсутствуют, т. е. М_дин = 0,а М_дв = М_с.

При пуске системы скорость движущихся частей увеличивается, а всякое изменение скорости вызывает силы инерции масс этих частей. При увеличении частоты вращения силы инерции, создающие М_дин , будут направлены навстречу действию вращающего момента:

М_дв = М_п = М_с + М_дин,

Это же наблюдается при увеличении частоты вращения системы, когда нагрузка на двигателе уменьшается.

При уменьшении частоты вращения электропривода, что соответствует увеличению нагрузки, вращающиеся массы стремятся сохранить прежнюю частоту вращения, поэтому силы инерции направлены на поддержание движения

М_дв = М_с – М_дин,

При отключении двигателя от электросети М_дв = 0, но система мгновенно не остановится, а будет продолжать вращаться за счет М_дин по инерции

М_с = М_дин.

Процессы движения электропривода, соответствующие пуску, остановке, изменению нагрузки, являются неустановившимися процессами, т. к. протекают при изменении скорости вращения. Этот процесс продолжается до наступления равновесия М_дв = М_с.

Определение времени переходного процесса (пуск, торможение, разгон).

Из уравнения основного движения электропривода определяем временя переходного процесса.

М_дв = М_с + М_дин ;

М_дин = Jdω /dt = (GD² /4g 30)dn/dt = GD²dn/375dt

Откуда М_дв = М_с + GD²dn/375dt

Для определения времени переходных режимов проинтегрируем уравнение:

dt = GD²dn/375( М_дв – М_с); t₁.₂ = GD²dn/375( М_дв – М_с);

При пуске, когда n₁ =0

t_п = GD²n_ном/375( М_п – М_с) = GD²n_ном/375 М_дин

где n_ном – номинальная частота вращения двигателя по окончании разгона

( М_п – пусковой вращающий момент.

При пуске вхолостую М_с = 0

t_п = GD²n_о/375 М_п; n_о – частота вращения х.х.

При замедлении

– (М_дв + М_с ) = GD²dn/375dt

Если GD² = const, М_дв = const, М_с = const

t_з = GD2(n₁ – n₂ )/375( М_дв + М_с);

Время остановки (n₂ = 0) при отключении двигателя от сети (М_дв = 0)

t_ост = GD²n₁/375 М_с

Длительность переходного процесса определяется электромеханической постоянной времени Т_м

Т_м = GD²n_о/375 М_кр ; М_кр – критический момент

На практике t = (3…4) Т_м.

Ускорение переходного процесса, как следует из формул, может быть осуществлено путем снижения махового момента электродвигателя, специальные электродвигатели с пониженным маховым моментом имеют большую длину ротора (якоря) и меньший диаметр. Иногда вместо одного двигателя на одном валу устанавливают два половинной мощности каждый.