Механические характеристики производственных механизмов

Под механической характеристикой производственного механизма будем понимать зависимость момента сопротивления Мс механизма от его угловой скорости: Мс = /(со). При изображении механических характеристик двигателя и производственного механизма в одной системе координат их приводят к одной оси вращения, как правило, к валу двигателя.

Несмотря на большое разнообразие производственных механизмов, различающихся как по потребляемой мощности, так и по принципу действия, их механические характеристики можно разделить на пять основных типов:

* Независящая от угловой скорости механическая характеристика производственного механизма. К таким механизмам относятся те из них, у которых преобладающим моментом является момент от сил трения: механизмы подач металлорежущих станков, механизмы перемещения подъемных кранов, конвейеры, поршневые насосы. Уравнение механической характеристики механический асинхронный инерционный Мс = Мс1 = const,.

где Mci — момент сопротивления от сил трения в движущихся частях производственного механизма.

Графически независящая от угловой скорости механическая характеристика производственного механизма приведена на рис. 1, зависимость 1.

* Линейно-возрастающая механическая характеристика производственного механизма. Такой характеристикой обладают генераторы постоянного тока, работающие на постоянную нагрузку, обжимные валки прокатных станов, гладильные машины. Уравнение механической характеристики имеет вид Мс=Мс2+а-(Ј>,.

где Мс2 — момент сопротивления от сил трения в движущихся частях производственного механизма; а — коэффициент пропорциональности.

График линейно-возрастающей механической характеристики производственного механизма приведен на рис. 1, зависимость 2.

* Нелинейно-возрастающая механическая характеристика производственного механизма. Такой характеристикой обладают механизмы с центробежным характером производственного процесса: вентиляторы, центробежные насосы, центрифуги, гребные винты.

График нелинейно-возрастающей механической характеристики производственного механизма приведен на рис. 1, зависимость 3.

Нелинейно-спадающая механическая характеристика производственного механизма. Такой характеристикой обладают главные электроприводы обрабатывающих станков: металлообрабатывающих, фанерострогальных и др. В таких станках момент резания меняется обратно пропорционально скорости резания. Например, тонкое сверло — большая скорость вращения патрона, сверло большого диаметра — маленькая скорость вращения патрона. Уравнение механической характеристики имеет вид Мс=Мс4+с — CD-1,.

где Мс4 — момент сопротивления от сил трения в движущихся частях производственного механизма; с — коэффициент пропорциональности.

График нелинейно-спадающей механической характеристики производственного механизма приведен на рис. 1, зависимость 4.

* Механическая характеристика производственного механизма с повышенным пусковым моментом. Такой характеристикой обладают миксеры, некоторые механизмы перемешивания жидких сред, например краски и другие. В таких механизмах, после того как в ограниченном пространстве начнет вращаться вся жидкость, момент сопротивления резко падает. В некоторых механизмах большой пусковой момент развивается в начале трогания, например, в электроприводе главного движения трамвая, электропоезда, механизма гайговертов при откручивании гаек. У таких механизмов в начале движения действуют большие межмолекулярные силы притяжения.

График механической характеристики производственного механизма с повышенным пусковым моментом приведен на рис. 1, зависимость 5.

Как уже отмечалось, работе электропривода в установившемся режиме соответствует равенство моментов двигателя и момента сопротивления. С целью поддержания наиболее устойчивой скорости электропривода при случайных изменениях момента сопротивления производственного механизма, в первую очередь обусловленного несоосно — стью и эксцентриситетом сопрягающих валов, необходимо обеспечить пересечение механической характеристики двигателя и механической характеристики механизма, приведенного к валу двигателя под углом, наиболее близким к прямому.

По характеру действия все виды статических моментов можно разделить на:

• * реактивные;
• * активные.

Реактивными моментами обладают почти все механизмы — то есть те механизмы, у которых момент создается силами трения. Такие моменты всегда препятствуют движению и поэтому меняют свой знак с изменением направления движения. Механические характеристики производственных механизмов с реактивными моментами приведены на рис. 2, зависимости Мс = /(со). Там же показаны механические характеристики двигателя постоянного тока и скорости его установившегося движения.

Небольшая группа механизмов создает активный момент. Механизмы с активным моментом не только препятствуют движению, но при определенных условиях сами создают вращение электропривода. Очевидно, что электрическая машина с целью обеспечения постоянства скорости переходит в тормозной режим.

Рис. 2 Механические характеристики производственных механизмов с реактивными моментами

Активные моменты сохраняют свой знак при изменении направления вращения. Характерным примером механизма с активным моментом является лебедка или механизм подъема крана. Механические характеристики производственных механизмов с активными моментами приведены на рис. 3, зависимость Мс = /(со). Там же показаны механические характеристики асинхронного двигателя и скорости его установившегося движения.

Рис. 3 Механическая характеристика производственного механизма с активным моментом

Отметим, что на практике механизмы с активным моментом в чистом виде не существуют, так как в механизмах подъема всегда присутствует трение, а следовательно, и реактивный момент.

Принцип работы асинхронного преобразователя частоты.3.

Асинхронная машина с фазным ротором может служить преобразователем частоты, так как в ее роторе частота тока.

f2 = f1 s = p (n1 ± n2)/60.

При этом знак «- «соответствует вращению ротора в направлении вращения поля, а знак «+ «— против вращения поля.

Асинхронный преобразователь частоты (рис. 4) состоит из асинхронной машины AM с фазным ротором и соединенного с ней приводного двигателя Д — асинхронного или синхронного. Одна из обмоток машины AM (например, обмотка статора) подключается к трехфазной сети с частотой f1; от другой обмотки (ротора) получают переменный ток с частотойf2 = f1 s.

Для получения частоты f2 > f1 ротор асинхронной машины приводят во вращение в направлении, противоположном вращению поля. При этом преобразователь частоты работает в режиме электромагнитного торможения при s > 1, а двигатель передает ему мощность Рмех.

Направления первичной P1 и вторичной Р2 мощностей преобразователя частоты, механической Рмех и электрической Рэл мощностей приводного двигателя и мощности Рн, подаваемой на нагрузку, для рассматриваемого режима показаны на рис. 4, а сплошными стрелками.

Рис. 4 Схемы асинхронного преобразователя частоты при подключении приводного двигателя к сети (а), к выходу преобразователя частоты (б)

Для получения частоты f2 < f1 преобразователь частоты должен работать в режиме двигателя и вращаться в направлении вращения поля. При этом он тормозится электромагнитным моментом машины Д, работающей в генераторном режиме. Эта машина отдает электрическую энергию в ту же сеть, от которой питается преобразователь частоты AM (рис. 4) или цепь его ротора (рис. 4). Направления мощностей Рмех, Рэл и Рн для рассматриваемого режима показаны на рис. 4 а штриховыми стрелками.

Если приводным двигателем служит асинхронная машина (рис. 4), то частота выходного напряжения.

f2 = (рд ± рпч) f1 /рд ,.

где рпч и рд — числа пар полюсов машины AM и Д. При этом знаки «+ «и «- «относятся соответственно к режиму работы преобразователя частоты AM в режимах электромагнитного тормоза (f2 > f1) и двигателя (f2 < f1). Если пренебречь потерями мощности в машине Д (считать, что Рэл = Рмех), а также потерями мощности в статоре и стали в машине AM (считать, что P1 = Рэм), то при включении машин по схеме, приведенной на рис. 4.

Рн = Р2 = Р1 s; Рмех = (1- s) P1 = [(1 — s)/s]Рн ,.

а при включении по схеме, приведенной на рис. 4.

Pн = Р2 + Рмех = Р1; Рмех = (1 — s) Р1 = (1 — s) Pн .

Для плавного регулирования частоты f2 необходимо регулировать частоту вращения приводного двигателя Д, например, используя двигатель постоянного тока.