Содержание
Предыдущий § Следующий
7.2. Механические характеристики двигателей
Механические характеристики n^=f(M), показывающие связь между частотой вращения и моментом,— основные характеристики двигателей.
В двигателе с параллельным возбуждением M—kJa и поэтому уравнение скоростной характеристики можно легко преобразовать в уравнение механической характеристики:
т. е. скоростная характеристика превращается в механическую путем изменения масштаба по оси абсцисс (рис. 7.5, кривая 1).
Для ненасыщенного двигателя с последовательным возбуждением, согласно (7.10),
Рис. 7.5. Механические характеристики двигателей постоянного тока
/ — для двигателя с параллельным возбуждением, 2 — для двигателя с последовательным возбуждением
Механическая характеристика, построенная по формуле (7.13), показана на рис. 7.5 (кривая 2)-
Сравнение механических характеристик, изображенных на рис. 7.5, показывает, что при изменении момента сопротивления на валу двигателя параллельного возбуждения со значения Mi до М2 скорость двигателя меняется незначительно. Такая характеристика называется жесткой. У двигателя с последовательным возбуждением при таком же изменении нагрузки на валу (от Mi до М2) скорость изменяется значительно — примерно в 1,5 раза. Такую характеристику называют мягкой.
Вид механической характеристики определяет устойчивость работы двигателя под нагрузкой. Анализ устойчивости работы проводят исходя из уравнения механики о равенстве моментов, приложенных к валу:
где Мет — статический момент нагрузки (учитывающий внутренние силы торможения); / — полярный момент инерции вращающихся масс; со — угловая скорость.
На рис. 7.6 показаны типичные зависимости статического момента от угловой скорости:
а) кривая /—увеличение момента с увеличением скорости, примерно по закону Мст — Сы2; типично для вентиляторов, насосов;
б) кривая 2 — уменьшение момента с увеличением скорости, примерно по закону МСТ=А—Бсоа; типично для транспортеров, бетономешалок, прокатных станов;
в) кривая 3 — момент почти не зависит от скорости; типично для грузоподъемных механизмов, тяговых двигателей.
Рис. 7.6. Типичные кривые Mci=f(n)
Рис. 7.7. Анализ устойчивости работы двигателя с параллельным возбуждением:
а — обычная характеристика двигателя, б — характеристика при сильном размагничивающем действии реакции якоря
Исследуем устойчивость работы двигателя параллельного возбуждения при постоянном статическом моменте. Длительная работа определяется условием
г. е. отсутствием изменения скорости — с1ы/сИ = 0. Этот режим соответствует точке пересечения механической характеристики двигателя с кривой статического момента (точка А на рис. 7.7). Пусть на двигатель, работающий в точке А, подействовала какая-то кратковременная сила, приведшая к небольшому снижению скорости. При этом вращающий момент двигателя возрастает и возникает избыточный ускоряющий момент АМи который приводит к увеличению скорости
&Ml = M — Ma=Jdwldt, (7.16)
вследствие чего устанавливается исходный режим, соответствующий точке А.
Если кратковременная внешняя сила увеличивает скорость двигателя, то электромагнитный момент становится меньше статического, вследствие чего ротор замедляет вращение и возвращается в исходную точку А. Таким образом, работа двигателя в точке А устойчива: случайные причины, вызывающие небольшие отклонения от установившегося режима, не вызывают больших изменений в
режиме работы, и после того, как эти причины исчезают, двигатель сам возвращается в исходный режим.
Аналогично считая, что имеются кратковременные небольшие возмущения, можно доказать, что двигатель с параллельным возбуждением, имеющий падающую механическую характеристику, работает устойчиво и при других типичных нагрузках. Математиче-
ки условие устойчивости работы двигателя
записывается в виде
Рис. 7.8. Анализ устойчивости двигателя с последовательным возбуждением
что на практике сводится к требованию, чтобы с увеличением скорости вращающий момент двигателя уменьшался.
В мощных двигателях с параллельным возбуждением падение напряжения в цепи якоря мало и иногда механическая характеристика имеет вид, показанный на рис. 7.7, б: при больших токах якоря размагничивающее действие реакции якоря настолько сильно, что скорость двигателя с увеличением нагрузки (статического момента и тока) возрастает. На этом участке, в точке В (рис. 7.7, б) работа двигателя неустойчива; например, малейшее увеличение скорости приводит к возрастанию момента двигателя, еще большему увеличению скорости и т. д. Иногда в мощных двигателях делают «легкую» последовательную обмотку, имеющую 1...3 витка, для компенсации размагничивающего действия поперечной реакции якоря, благодаря чему механическая характеристика становится падающей, т. е. исключается область неустойчивой работы.
Двигатель последовательного возбуждения устойчиво работает с «вентиляторной» (кривая 1 на рис. 7.8) и постоянной нагрузкой. Однако при нагрузке, характерной для транспортеров и мельниц (кривая 3 на рис. 7.8), его работа может быть неустойчивой: машина либо разовьет недопустимую скорость, либо перейдет в режим перегрузки. Вообще двигатель с последовательным возбуждением не применяется в тех случаях, когда нагрузка на валу может быть малой и двигатель может «идти вразнос», т. е. превышать допустимую скорость.
Выше рассматривались двигатели без регулирования и их естественная реакция на изменяющиеся условия работы.
При наличии автоматического регулирования происходит искусственное формирование механических характеристик и диапазон устойчивой работы двигателей иногда определяется иначе. Однако и в системах автоматического регулирования предпочтительна работа на устойчивой части характеристик, так как это улучшает переходные процессы и удешевляет систему управления.
 |
|
|
|