Слайд 1Лекция №4 по дисциплине
«Теория электропривода»
Тема: «Установившееся и неустановившееся движение электропривода»
Слайд 2Механические характеристики производственных механизмов и электродвигателей
При выборе электродвигателя к производственному механизму
приходится уточнять, насколько механические свойства электродвигателя соответствуют механической характеристике рабочей машины и характеру ее работы, так как соответствие механических характеристик электродвигателя конкретному производственному механизму позволяет обеспечить наиболее высокую его производительность и экономичную работу.
Слайд 3Механические характеристики производственных механизмов
Механическая (или статическая) характеристика производственного механизма представляет собой
зависимость между его статическим моментом сопротивления и скоростью, т.е.
ω = f (Mc) или Mc = f (ω).
Производственные механизмы обладают различными механическими характеристиками. Существует следующая эмпирическая обобщенная формула для механических характеристик производственных механизмов:
Mc = M0 + (Mc.н – M0)(ω / ωн)x,
где Mc – момент сопротивления механизма при угловой скорости ω;
M0 – момент сопротивления трения в движущихся частях механизма;
Mc.н, ωн – номинальные момент сопротивления и скорость;
x – показатель степени, характеризующий изменение момента Mc при изменении угловой скорости ω.
Слайд 4Механические характеристики производственных механизмов
Различают четыре основных вида механических характеристик и соответственно
производственных механизмов:
x = 0, Mc = const (момент сопротивления не зависит от скорости). Такой механической характеристикой обладают механизмы, совершающие работу подъема, формоизменения материала или преодолевающие трение (подъемные механизмы, механизмы передвижения и др.). Мощность таких механизмов возрастает линейно со скоростью;
x = 1, Mc = сω (момент сопротивления линейно зависит от угловой скорости). Такую характеристику может иметь, например, привод генератора постоянного тока, работающего на постоянное сопротивление. Здесь мощность пропорциональна квадрату скорости;
x = 2, Mc = сω2. Такой механической характеристикой обладают механизмы, работа которых сводится к преодолению сопротивления воздуха или жидкости (вентиляторы, центробежные насосы, центрифуги, судовые винты и др.). Момент сопротивления у таких механизмов часто называют вентиляторным, а механизмы – механизмами с вентиляторным моментом. Мощность таких механизмов примерно пропорциональна кубу скорости;
x = 3, Mc = с/ω. Такой механической характеристикой обладают моталки в металлургической промышленности, электронакат в бумажной промышленности, некоторые металлорежущие станки. Мощность на валу у таких машин приблизительно постоянна.
Слайд 5Механические характеристики производственных механизмов
1) Независящая от скорости (транспортеры, подъемные механизмы);
2) Линейно
возрастающая (генераторы);
3) Вентиляторная механическая характеристика (насосы; вентиляторы);
4) Ниспадающая механическая характеристика (металлорежущие станки; намоточные машины).
Слайд 6Механические характеристики Электродвигателей
Механические характеристики электродвигателя представляют собой зависимость угловой скорости ω
от развиваемого им момента на валу, т.е.
ω = f (M).
Различают естественные и искусственные механические характеристики электродвигателя. Естественная механическая характеристика соответствует работе электродвигателя с номинальными параметрами при нормальной схеме включения. Искусственная механическая характеристика соответствует работе электродвигателя с пара-метрами, отличающимися от номинальных, например, при введении сопротивления, изменении питающего напряжения, частоты и др.
Слайд 7Механические характеристики Электродвигателей
Для оценки изменения скорости при изменении момента на валу
служит так называемая жесткость характеристики, которая равна отношению приращения момента ∆М к соответствующему приращению скорости ∆ω (см. рис.):
β = (M2 – M1) / (ω2 – ω1) = ∆М / ∆ω.
Линейные механические характеристики имеют постоянную жесткость, а криволинейные – в каждой точке свою, равную первой производной от момента по скорости, т.е.
β = dM / dω.
Слайд 8Механические характеристики Электродвигателей
Естественные механические характеристики электродвигателей по степени жесткости разделяются на
следующие группы:
1) абсолютно жесткая характеристика (линия 1), при которой скорость электродвигателя при изменении нагрузки не изменяется (β = ∞). К этой группе относятся синхронные двигатели;
2) жесткая характеристика (линия 2), при которой скорость электродвигателя с возрастанием момента нагрузки уменьшается на небольшую величину (β = 40…10). К этой группе относятся асинхронные электродвигатели (работающие при скольжениях меньших критического) и двигатели постоянного тока с параллельным (и независимым) возбуждением;
3) мягкая механическая характеристика (линия 3), при которой скорость электродвигателя резко уменьшается с увеличением момента нагрузки (β < 10). Такой характеристикой обладает двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением.
Слайд 9Механические характеристики производственных механизмов и электродвигателей
При совместной работе электродвигателя с производственным
механизмом в установившемся режиме вращающий момент двигателя уравновешивается статическим моментом сопротивления механизма, при этом электродвигатель работает с определенной скоростью. При изменении момента сопротивления на валу электродвигателя равновесие моментов нарушается, возникает переходный процесс, в результате которого электропривод переходит в новое установившееся состояние (при устойчивой работе), но с другими значениями момента и скорости электродвигателя. Для устойчивой работы электропривода в пределах определенных скоростей и моментов сопротивления производственного механизма требуется, чтобы электродвигатель обладал соответствующей механической характеристикой. А это достигается выбором электродвигателя определенного типа и изменением электрических параметров его цепей.
Движение будет устойчиво в установившемся режиме, если жесткость механической характеристики исполнительного органа будет выше, чем жесткость механической характеристики двигателя.
Слайд 10Неустановившееся движение электропривода:
Неустановившееся движение соответствует переходу электропривода из установившегося движения с
одними параметрами к установившемуся движению с другими параметрами (если, конечно, движение является устойчивым). Неустановившееся движение называется также переходным процессом или переходным режимом электропривода. Причины возникновения неустановившегося движения (переходных процессов):
• изменение статического момента сопротивления;
• изменение М, т. е. переход привода с одной характеристики на другую, имеющий место при пуске, торможении, реверсе, регулировании скорости, изменении какого-либо параметра привода.
Целью рассмотрения неустановившегося движения является: получение зависимостей изменения во времени выходных механических координат электропривода – M(t), ω(t), φ(t), а также tп.п – время неустановившегося движения (переходного процесса) электропривода.
Слайд 11Неустановившееся движение электропривода:
Необходимость анализа переходных процессов (п.п) возникает потому, что:
• производительность
ряда ответственных механизмов (реверсивного прокатного стана) определяется быстротой протекания п.п;
• качество выполнения многих технологических операций (движение лифта, врезание резца в деталь и т. п.) определяется п.п;
• механические и электрические перегрузки оборудования в большинстве случаев определяются переходными процессами.
В общем случае моменты двигателя и исполнительного органа производственного механизма, а также иногда и момент инерции, могут являться функциями времени, скорости и положения (угол поворота вала двигателя).
Слайд 12Пример расчета механической характеристики электропривода:
Необходимо рассчитать и построить механическую характеристику вентилятора
Mc(ω) c учетом момента потерь в двигателе ΔМдв и механизме ΔМмех.
Pвент=10 кВт, ωвент.ном.=105 рад/с, ΔМдв=10 Н∙м, ΔМмех=30 Н∙м.
Решение:
Основой решения будет уравнение вида:
Mc(ω)=(Мвент.ном- ΔМмех -ΔМдв)(ω/ ωвент.ном)2+ΔМмех+ΔМдв ;
Номинальный момент вентилятора:
Мвент.ном=Pвент/ωвент.ном
Слайд 13Пример расчета механической характеристики электропривода:
Номинальный момент вентилятора:
Мвент.ном=Pвент/ωвент.ном=10000/105=95,25 Н∙м;
Основой решения будет уравнение
вида:
Mc(ω)=(Мвент.ном- ΔМмех -ΔМдв)(ω/ ωвент.ном)2+ΔМмех+ΔМдв =(95,25-30-10)(ω/105)2+30+10=
=0,005014∙ω2+40;
Слайд 14Контрольные вопросы:
Что такое механическая характеристика?
Что такое жесткость механической характеристики?
Какие виды
механических характеристик исполнительных органов Вы знаете?
Какие виды механических характеристик двигателей Вы знаете?
Назовите условие устойчивого движения в установившемся режиме
В каких случаях возникает неустановившееся движение?
Для чего необходим анализ переходных процессов в электроприводе?
Какие четыре группы переходных процессов в электроприводе Вы знаете?