Файл: Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие.pdf

грузки. Характер протекания этих режимов в первую очередь опре­ деляется механическими свойствами двигателя и рабочей машины. Одним из основных критериев оценки механических свойств как двига­ теля, так и рабочей машины служат их механические характеристики.

Механические характеристики электродвигателей. Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость скорости вращения вала от развиваемого двигателем момента

Рис. 88. Различные виды механических характеристик:

а — электродвигателей; б — производственных машин.

параметрах питающей сети, нормальной схеме включения и без до­ бавочных сопротивлений в цепи двигателя. При наличии добавочных сопротивлений или питании двигателя от сети с напряжением или ча­ стотой, отличными от номинальных, механические характеристики двигателя будут называться и с к у с с т в е н н ы м и . Очевидно, что искусственных характеристик двигатель имеет бесчисленное множе­ ство, а естественную — только одну.

Большинство электродвигателей под нагрузкой при увеличении момента снижает скорость вращения. Характеристику в этом случае называют п а д а ю щ е й .

Степень изменения скорости двигателя при изменении момента оце­

Величины изменения момента и падения скорости при определении жесткости берут обычно в относительных единицах. Это дает возмож­ ность сравнивать характеристики двигателей различного вида.

1 8 0

В зависимости от степени жесткости все механические характери­ стики двигателей подразделяют на следующие группы.

1. Абсолютно жесткие характеристики с величиной жесткости а = оо. Такие механические характеристики (кривая 1, рис. 88, а) со строго постоянной скоростью вращения имеют синхронные дви­ гатели.

2.Жесткие характеристики со сравнительно небольшим падением скорости при увеличении момента и а = 40—10. К этой группе отно­ сятся естественные характеристики двигателей постоянного тока с не­ зависимым возбуждением (кривая 2) и характеристики асинхронных двигателей в пределах линейного участка (кривая 3).

3.Мягкие механические характеристики с большим относительным падением скорости при увеличении момента и с жесткостью до а = 10. Такие характеристики имеют двигатели постоянного тока с последо­ вательным возбуждением (кривая 4), двигатели с независимым воз­ буждением с большим сопротивлением в цепи якоря и асинхронные двигатели с добавочными сопротивлениями в цепи ротора.

При работе электропривода для преодоления сопротивления ра­ бочей машины двигатель должен развивать определенный момент. Поэтому при выборе двигателя необходимо выявить прежде всего соот­ ветствие характеристик двигателя и рабочей машины.

Механические характеристики рабочих машин. Механической харак­

теристикой рабочей машины называют зависимость момента статиче­ ских сопротивлений машины от скорости вращения приводного вала. Эту зависимость для удобства совместного построения выражают обычно так же, как и характеристику двигателя, в виде

со = ф(Мс) или п ~ І ‘(Мс).

Момент статических сопротивлений Мс, или сокращенно статиче­ ский момент, представляет собой момент сопротивления, создаваемый машиной на приводном валу в статическом (установившемся) режиме, когда скорость не изменяется.

Механическую характеристику машины можно получить опытным путем или расчетом, если известно распределение статических усилий или моментов по элементам кинематической схемы. Статические мо­ менты машин могут зависеть не только от скорости, но и от других величин, поэтому при практических расчетах электроприводов необ­ ходимо рассматривать каждый случай в отдельности.

Статические моменты различных рабочих машин по характеру зависимости их от скорости (механические характеристики) подраз­ деляют на группы; наиболее часто встречающиеся на практике из них следующие.

1.Статический момент мало зависит или практически не зависит от скорости (кривая /, рис. 88, б). Такие характеристики имеют подъем­ ные механизмы, краны, лебедки, тельферы, а также ленточные тран­ спортеры при постоянной нагрузке.

2.Статический момент машины возрастает пропорционально квад­ рату скорости (кривая 2). Эту характеристику, типичную для осевых

181

вентиляторов, называют в е н т и л я т о р н о й и аналитически пред­ ставляют в виде формулы:

где М0— начальный статический момент, обусловленный чаще всего силами трения, которые обычно не зависят от скорости;

k — опытный коэффициент.

Кроме вентиляторов, вентиляторными характеристиками обладают центробежные и вихревые насосы, сепараторы, центрифуги, гребные винты, турбокомпрессоры и барабаны молотилок на холостом ходу.

3. Статический момент уменьшается при увеличении скорости (кривая 3). К этой группе относятся характеристики некоторых транс­ портерных механизмов, зерновых норий, колосовых элеваторов и не­

срезким переходом, обусловленным особенностью технологического процесса. Характеристики этой группы имеют машины, работающие

счастыми большими перегрузками, которые иногда приводят к полной остановке. Например, механизм черпания одноковшового экскаватора, скребковый транспортер, работающий под завалом транспортируемой массы, дробилки и другие машины.

Кроме перечисленных, на практике встречаются и другие виды механических характеристик машин, например поршневых насосов

икомпрессоров, статические моменты которых зависят от пути.

15.2.МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

ВДВИГАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ

При работе двигателя постоянного тока независимо от способа его возбуждения в установившемся режиме приложенное напряжение U уравновешивается э. д. с. двигателя Е и падением напряжения в цепи якоря

182

Как видно из формулы (15-5), угловая скорость вращения якоря пропорциональна э. д. с. Е и обратно пропорциональна величине маг­ нитного потока

Подставляя в это уравнение значение Е, выраженное через прило­ женное к якорю напряжение, и падение напряжения в цепи якоря из формулы (15-4), получим уравнение скоростной характеристики

Развиваемый двигателем электромагнитный момент пропорциона­ лен магнитному потоку и току якоря

(15-8)

откуда

Подставляя значение тока (15-9) в уравнение скоростной характе­

Двигатель с параллельным возбуждением имеет независимую (шунтовую) обмотку возбуждения, которую подключают обычно к той же сети, что и якорь. Полагая напряжение сети постоянным и равным номинальному и пренебрегая реакцией якоря, можно считать магнит­ ный поток постоянным Ф = const, тогда кФ — const. Обозначив £Ф = с, напишем уравнение (15-10) в следующем виде:

( 1 5 ' П )

В правой части уравнения (15-11) первый член является величиной постоянной и представляет собой скорость вращения идеального холостого хода (Л4 =0 и 1 = 0):

183

В практических расчетах и при построении механических харак­ теристик скорость вращения выражают обычно в об/мин, в этом случае уравнение (15-13) будет иметь вид

где п0= — — скорость идеального холостого хода, об/мин;

се

ce = keФ = -^ -Ф — коэффициент э. д. с., с — 9,55се;

М — момент, Н -м.

Выражения механической характеристики справедливы для элект­ ромагнитного момента. Момент на валу двигателя будет всегда немного

П, об/мин

Рис. 89. Естественная и реостатная механические ха­ рактеристики двигателя с параллельным возбуждением.

меньше электромагнитного в двигательном режиме и больше в генера­ торном режиме ввиду наличия потерь трения в подшипниках, вентиля­ ционных и потерь в стали. Практически этими потерями или пренебре­ гают из-за незначительной их величины, или учитывают как дополни­ тельный статический момент нагрузки.

Выражение механической характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в координатах ш и М или п и М (рис. 89), как видно из уравнений (15-13) и (15-14), представляет собой прямую линию, которая пересекает ось скорости вращения в точке

184

личных добавочных сопротивлениях будут более мягкими. Чем больше сопротивление реостата, тем больше наклон характеристики и тем меньше ее жесткость.

Из выражения (15-14) видно, что скорость идеального холостого хода не зависит от сопротивления цепи якоря, следовательно, все характеристики пересекаются в одной точке с координатами п = п0

и М • 0.

Для построения любой механической характеристики двигателя с параллельным возбуждением достаточно определить координаты двух ее точек. В качестве одной из них удобно использовать точку идеального холостого хода, а другую точку скорости берут обычно при номинальном моменте. Естественную характеристику двигателя с па­ раллельным возбуждением строят по этим двум точкам, используя номинальные (паспортные) данные и сопротивление обмотки якоря при рабочей температуре (75 °С).

Значение скорости идеального холостого хода по этим данным

Второй точкой для построения естественной характеристики служит точка, соответствующая номинальной скорости вращения и номиналь­ ному моменту Мн — М>/н,

Вторую точку для построения искусственной характеристики находят, определив скорость при номинальном моменте, соответствую­ щую введенному добавочному сопротивлению в цепь якоря двигателя

Данные о величине сопротивления обмоток двигателя не всегда можно найти в каталогах. Приближенно его определяют по номиналь­ ным данным. Для этого вначале находят мощность потерь двигателя как разность между мощностью Ръ потребляемой двигателем из сети, и номинальной мощностью

Р\ — Рц = 17н/ н (1 г)н),

где т]н — номинальный к. п. д.

185