1.4 Понятие о кинематике электропривода.

Основные кинематические величины, характеризующие поступательное движение: скорость - , путь – x, ускорение – α, связанные между собой уравнениями: , .

Для вращательного движения основные величины: ω – скорость,  – путь,  – ускорение, .

Для машин с частыми пусками большую роль играет ускорение. Чем ε больше, тем выше Q, но с ростом ε возрастают нагрузки на элементы машины, канаты, редукторы, что повышает требования к их прочности. Ускорение подъемных машин ограничивается физиологическими способностями людей.

Представление о законе движения электропривода дает диаграмма скорости.

2. Механические характеристики электродвигателей

2.1 Параметры электродвигателей

Паспортные данные электродвигателей: мощность, скорость, напряжение, ток и другие величины называются номинальными.

Номинальный момент в паспорте не указывается и определяется по формуле:

где - в кВт.

В паспорте скорость указана в n об/мин, поэтому заменив ω через n, получим: .

Каждый электродвигатель способен развивать момент больше . Отношение M_max к называется перегрузочной способностью электродвигателя λ, .

Важным показателем двигателя является жесткость его характеристики, характеризующая изменение скорости при изменении нагрузки. Чем меньше меняется n тем характеристика более жесткая. Все характеристики делятся на три группы, рис.4.

1. Абсолютно жесткая характеристика (1) характерна для синхронных двигателей, у которых ω с изменением М не изменяется.

2. Жесткая характеристика (3), характерна для асинхронного двигателя, а характеристика (2) для двигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения, у которых с изменением момента нагрузки скорость изменяется незначительно.

3. Мягкая характеристика (4) характерна для двигателя постоянного тока последовательного возбуждения, у которого с увеличением М, ω резко уменьшается. Считать, что мощность развиваемая двигателем P = ωМ положительная, когда двигатель развивает движущий момент +М и отрицательна, когда двигатель развивает тормозной момент –М.

Принято механические характеристики различных режимов работы электродвигателя располагать в 4-х квадратах, рис.5.

Все электрические машины обратимы, т.е. могут работать в режиме двигателя и в режиме генератора, что используется в электроприводе для получения движущего и тормозного момента.

Переход в тормозной режим достигается за счет механической энергии подводимой от рабочей машины, т.е. при этом мощность изменяет направление, момент также изменяет направление и его вектор не совпадает с вектором направления вращения.

3. Электромеханические свойства двигателей постоянного тока

3.1 Механические характеристики двигателей постоянного тока

Схема включения электродвигателей постоянного тока параллельного возбуждения приведена на рис. 6. Ток обмотки возбуждения не зависит от нагрузки двигателя.

Общее выражение механической характеристики можно получить из уравнения:

ЭДС Е, индуктированная в якоре при его вращении равна:

,

где - магнитный поток в ОВ, Вб, - безразмерный коэффициент определяемый конструктивными параметрами двигателя,

P - число пар полюсов,

- число пар параллельных ветвей обмотки якоря,

N - число активных проводников обмотки якоря.

Совместное решение 2-х уравнений относительно дает уравнение скоростной характеристики двигателя:

Электромагнитный вращающий момент такого двигателя:

Момент на валу двигателя, всегда меньше чем электромагнитный за счет потерь в стали и механических потерь. Решив два последних уравнения относительно , выразим через М для получения уравнения механической характеристики двигателя:

где - характеризует скорость идеального холостого хода двигателя,

- характеризует изменение скорости вращения двигателя при изменении момента на валу.

Анализируя уравнение видно, что скорость прямо зависит от М,U и и обратно от произведения , которые при эксплуатации не изменяются, следовательно за счет нельзя изменить . У двигателя постоянного тока параллельного возбуждения обмотки возбуждения (ОB) получает питание от той же или другой сети (независимое возбуждение). При этом ток ОВ не зависит от процесса в якорной цепи. При постоянном U сети , т.е. , тогда и , соответственно .

Характеристика является прямой линией, угол наклона которой определяется выражением . При M = 0: .

Эта скорость называется скоростью холостого хода. При наличии момента скорость падает в соответствии с уравнением .

Из уравнения видно, что зависит не только от М но и от и точнее от . Сопротивление якорной цепи складывается из внутреннего сопротивления двигателя и добавочного сопротивления:

При отсутствии данных о величине его можно рассчитать через номинальные данные , Ом.

Когда уравнение называется уравнением естественной механической характеристики двигателя, а когда искусственной.

П

Рис 7 Механические характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

остроенная по уравнению механическая характеристика представляет прямую линию (рис. 7). На этом же рисунке приведены и искусственные характеристики при различных значениях добавочного сопротивления.

При введении в цепь якоря сопротивления угол наклона механической характеристики растет, т.е. жесткость уменьшается. Жесткость оценивается по величине при в долях или процентах. При некотором и моменте М . Все характеристики семейства выходят из одной точки со скоростью .

Искусственные механические характеристики можно получить не только за счет изменения но и за счет изменения U и .

Решить пример:

=42 кВт, =220 В, =1600 об/мин, , = 0,8.

Определить и при для построения естественной характеристики.

;

, определяется из уравнения =1,32;

, Ом,

( );

166,5 157=0,5 рад/с (Δn = 91 об/мин).