Механическая характеристика — электропривод
Механическая характеристика электропривода при динамическом торможении имеет явно выраженный максимум, определяемый координатами максимального момента Жм и максимального скольжения su, соответствующего этому моменту.
Механическая характеристика электропривода является типовой для электроприводов с подчиненным регулированием. В зоне рабочих нагрузок электропривода, когда регулятор скорости AR работает на линейном участке своей статической характеристики, электропривод поддерживает заданную скорость вращения. При перегрузках электропривода регулятор скорости насыщается и происходит ограничение тока статорных обмоток и момента двигателя.
Механическая характеристика электроприводов подъема экскаватора для одного из положений сельсииного командоаппарата приведена на рис. 3 — 29 в. Системы управления обеспечивают надежное стопорение электропривода и возможность получения характеристик любой жесткости, что соответствует требованиям различных механизмов экскаваторов.
Если механическая характеристика электропривода не соответствует характеристике механизма, происходит завышение номинальной мощности, и, следовательно, увеличиваются массы, габаритные размеры и стоимость двигателя.
Жесткость механических характеристик электропривода обеспечивается наличием обратных связей по току и напряжению. При минимальной скорости вращения обратная связь по току максимальна, а по мере увеличения скорости вращения она ослабляется. Так как к работе привода предъявляются повышенные требования в отношении жесткости механических характеристик, в схеме применено стабилизированное питание.
Графическое определение — .| Механические характеристики асинхронного двигателя МТН 312 — 6 при изменении напряжения питания ( ПВ 40 %. |
Расчеты механических характеристик электроприводов и сопротивлений резисторов
Схемы двухтокового питания. |
Получение механических характеристик электроприводов постоянного и переменного тока при параметрическом регулировании достигается за счет введения сопротивлений в цепи обмоток двигателей. Для крановых электроприводов практическое применение имеют схемы с использованием только активных сопротивлений.
Нагрузочная диаграмма электропривода. |
Нарисовать механическую характеристику электропривода, когда задан полный сигнал задания вперед, а момент статической нагрузки изменяется от ММАХ до — ММАХ — Нарисовать внешнюю характеристику En f ( M) в тех же квадрантах.
Советуем изучить — Что такое мнемосхема
Построить механическую характеристику электропривода, когда момент упора My 2 — Мн, а скорость холостого хода соответствует частоте напряжения на статоре 10 Гц.
Возможно формирование практически любых механических характеристик электропривода, вплоть до характеристик, аналогичных глубокорегулируемому реверсивному электроприводу постоянного тока с обратной связью по скорости.
Статические характеристики асинхронного электропривода. |
Формирование горизонтального участка механической характеристики электропривода осуществляется в контуре регулирования скорости путем изменения величины сигнала L / PC в функции ошибки ( то есть разницы напряжений задатчи-ка ЗИ и датчика скорости ДС) по скорости. Этот режим возможен, когда регулятор скорости работает на линейном участке своей статической характеристики, то есть напряжение на его выходе меньше напряжения, задаваемого блоком ограничения БО.
Подбор электродвигателя
Качество работы современного электропривода во многом определяется правильным выбором используемого электрического двигателя, что в свою очередь обеспечивает продолжительную надёжную работу электропривода и высокую эффективность технологических и производственных процессов в промышленности, на транспорте, в строительстве и других областях.
При выборе электрического двигателя для привода производственного механизма руководствуются следующими рекомендациями:
- Исходя из технологических требований, производят выбор электрического двигателя по его техническим характеристикам (по роду тока, номинальным напряжению и мощности, частоте вращения, виду механической характеристики, продолжительности включения, перегрузочной способности, пусковым, регулировочным и тормозным свойствами др.), а также конструктивное исполнение двигателя по способу монтажа и крепления.
- Исходя из экономических соображений, выбирают наиболее простой, экономичный и надёжный в эксплуатации двигатель, не требующий высоких эксплуатационных расходов и имеющий наименьшие габариты, массу и стоимость.
- Исходя из условий окружающей среды, в которых будет работать двигатель, а также из требований безопасности работы во взрывоопасной среде, выбирают конструктивное исполнение двигателя по способу защиты.
Правильный выбор типа, исполнения и мощности электрического двигателя определяет не только безопасность, надёжность и экономичность работы и длительность срока службы двигателя, но и технико-экономические показатели всего электропривода в целом.
Модели независимого возбуждения
Моторы ПТ НВ обладают обмоточным возбуждением, подключаемым к отдельному виду источника для электрического питания. В таком случае обмоточная цепь возбуждения ДПТ НВ дополняется реостатом регулировочного типа, а якорная цепь снабжается добавочными или пусковыми реостатными элементами.
Отличительной особенностью такого вида мотора является независимость токового возбуждения от якорного тока, что обуславливается независимым питанием обмоточного возбуждения.
Характеристики электродвигателей с независимым и параллельным возбуждением
Линейная механическая характеристика при независимом типе возбуждения:
- ω — показатели вращательной частоты;
- U — показатели напряжения на эксплуатируемой якорной цепи;
- Ф — параметры магнитного потока;
- Rя и Rд — уровень якорного и добавочного сопротивления;
- Α — константа конструкции движка.
Данным типом уравнения определяется зависимость вращательной скорости мотора к моменту вала.
Классификация электродвигателей
Вращающийся электродвигатель | ||||
Само коммутируемый | Внешне коммутируемый | |||
С механической коммутацией (коллекторный) | С электронной коммутацией 1 (вентильный 2, 3 ) | Асинхронный электродвигатель | Синхронный электродвигатель | |
Переменного тока | Постоянного тока | Переменного тока 4 | Переменного тока | |
|
|
|
|
|
Простая электроника | Выпрямители, транзисторы | Более сложная электроника | Сложная электроника (ЧП) |
- Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
- Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря .
- Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля .
- Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
- Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
- КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
- БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
- ЭП — электрический преобразователь
- ДПР — датчик положения ротора
- ВРД — вентильный реактивный двигатель
- АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
- АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
- СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
2.3. Механические характеристики конструкционных материалов
2.3. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Основные прочностные и деформационные характеристики материалов, используемых в элементах конструкций, определяют экспериментально. Проводят испытания лабораторных образцов на растяжение, сжатие, срез, кручение, изгиб при статическом и циклическом нагружении, на воздухе и в агрессивных средах, при комнатной, высоких и низких температурах. Наиболее распространенным является испытание на растяжение статической нагрузкой, позволяющей определить большинство механических характеристик материала. Машинная диаграмма – диаграмма растяжения стандартного образца в координатах F – Δℓ, автоматически записываемая диаграммным аппаратом испытательной машины. Стандартами предусмотрены образцы плоские и цилиндрические различной длины, размеров поперечного сечения и конструктивного исполнения. Судить лишь о механических свойствах материала, исключая особенности формы и размеров образца, позволяет диаграмма растяжения, представляемая в координатах σ – ε. Здесь σ – условное напряжение; ε – относительное удлинение, А0 – начальная площадь поперечного сечения образца; ℓ0 – начальная длина образца. Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали (рис. 2.3, а) имеет несколько характерных участков: 1 – участок упругих деформаций; 2 – площадка текучести; 3 – участок упрочнения; 4 – участок образования шейки и разрушения. Диаграммы растяжения большинства конструкционных металлов: легированных и углеродистых сталей в закаленном и нормализованном состоянии, цветных сплавов, полимеров и других материалов площадки текучести не имеют (рис. 2.3, б). По результатам испытаний определяют характеристики прочности и пластичности. Приведем некоторые из характеристик прочности. Предел текучести физический σт – напряжение, при котором образец деформируется при практически постоянной нагрузке (рис. 2.3, а). Предел текучести условный σ0,2 – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2 % расчет- ной длины образца (рис. 2.3, б). Временное сопротивление (предел прочности) σв – напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрыву образца Пластичность – способность материала получать большие пластические деформации без разрушения. Мерой пластичности являются относительное остаточное удлинение и относительное сужение. Относительное удлинение после разрыва δ – отношение приращения расчетной длины образца после разрушения к начальной расчетной длине ℓ0, выраженное в процентах Относительное сужение после разрыва ψ – отношение разности A0 и минимальной Aк площади поперечного сечения после разрушения к начальной площади поперечного сечения образца A0, выраженное в процентах Чем пластичнее материал, тем больше относительное удлинение и относительное сужение после разрыва. Материалы условно подразделяют на пластичные (δк > 5 %) и хрупкие (δк < 5 %).
Особенности конструкции
Двигатели постоянного тока представлены вращающимися нагнетательными элементами, которые размещаются на поверхности статически закрепленной станины. Устройства подобного типа получили широкое применение и эксплуатируются при необходимости обеспечивать разнообразие скоростного регулирования в условиях стабильности вращательных движений привода.
С конструктивной точки зрения все виды ДПТ представлены:
- роторной или якорной частью в виде большого количества катушечных элементов, покрытых специальной токопроводящей обмоткой;
- статичным индуктором в виде стандартной станины, дополненной несколькими магнитными полюсами;
- функциональным щеточным коллектором цилиндрической формы, располагающимся на валу и имеющим медную пластинчатую изоляцию;
- статично зафиксированными контактными щетками, используемыми с целью подведения достаточного количества электротока на роторную часть.
Как правило, электрические двигатели ПТ оснащаются специальными щетками графитового и медно-графитного типа. Вращательные движения вала провоцируют замыкание и размыкание контактной группы, а также способствуют искрению.
Уравнение механической характеристики
Наиболее важные механические характеристики ДПТ представлены естественными и искусственными критериями, при этом первый вариант сравним с номинальным напряжением питания в условиях полного отсутствия добавочного сопротивления на обмоточных цепях мотора. Несоответствие любому из заданных условий позволяет рассматривать характеристику в качестве искусственной.
Это же уравнение может быть представлено в форме ω = ω о.ид. — Δ ω, где:
- ω о.ид. = Uя/kФ
- ω о.ид — показатели угловой скорости холостого идеального хода
- Δ ω = Мэм. [(Rя+Rд)/(kФ)2]— снижение показателей угловой скорости под воздействием нагрузки на вал мотора при пропорциональном сопротивлении цепи якоря
Уравнение механической характеристики ДПТ с НВ
С учетом третьего уравнения в (4.1) уравнение (3.2) можно переписать в виде зависимости — которая представляет собой механическую характеристику ДПТ:
(3.7)
Данное уравнение определяет зависимость угловой скорости вращения от момента на валу двигателя. Т.к. в статике вращающий момент равен моменту сопротивления на налу ДПТ, то это уравнение определяет зависимость от .
Следует отметить, что величина электромагнитного момента превышает выходной момент на валу на величину, соответствующую потерям в стали и механическим потерям от трения, но в большинстве практических расчетов указанными потерями можно пренебречь.
Коэффициент пропорциональности можно считать постоянным для тех ДПТ с НВ, у которых имеются компенсационные обмотки или в случае, когда можно пренебречь влиянием реакции якоря на величину . В общем же случае влияние поперечной реакции якоря на величину магнитного потока ведет к нарушению линейности механической характеристики по мере увеличения тока.
Графическое изображение механической характеристики
Из выражения (3.7) следует, что графически механическая характеристика ДПТ с НВ может быть представлена прямой линией с двумя характерными точками — скоростью холостого хода и моментом короткого замыкания , который также называется пусковым. Величина определяется по формуле
(3.8)
C введением добавочного сопротивления в цепь якоря жесткость механических характеристик также падает, что с успехом используется при регулировании скорости вращения ДПТ.
По аналогии с электромеханическими характеристиками различают естественную и искусственные механические характеристики.
Уравнения механической характеристики можно переписать в виде
, (3.9)
где .
Способы регулирования угловой скорости вращения
Из уравнения механической характеристики (3.7) следует, что принципиально может регулироваться изменением , и .
Следует отметить, что естественный перепад угловой скорости вращения с увеличением нагрузки не входит в понятие регулирования .
Диапазон регулирования скорости вращения
Одним из основных параметров, характеризующих способы регулирования угловой скорости вращения, является диапазон регулирования . который в электроприводе определяется как отношение максимальной скорости вращения к минимальной :
. (3.10)
Как правило, диапазон регулирования представляют в числах в виде соотношения, например, 100:1 и т. п. Естественно диапазон регулирования увязывается с требуемой стабильностью скорости при заданном отклонении момента.
Регулирование скорости вращения изменением питающего напряжения
Как следует из выражения (3.7) при изменении питающего напряжения можно получить семейство параллельных механических характеристик (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Механические характеристики ДПТ с НВ при различных напряжениях на якоре:
Фактически имеется возможность только уменьшать напряжение питания якоря относительно его номинального значения , т.е. возможно регулировать угловую скорость вращения только вниз от основной (соответствующей естественной характеристике). Это обусловлено тем, что уже на стадии своего проектирования ДПТ рассчитывается на конкретное номинальное напряжение, превышение которого может привести к пробою изоляции.
Реостатное регулирование угловой скорости вращения ДПТ с НВ
Это один из простейших способов регулирования угловой скорости вращения. Схема его реализации представлена на рис. 3.1.
Из уравнения механической характеристики (3.7) следует, что при постоянном моменте сопротивления на валу можно получить различные установившиеся значения угловой скорости вращения ниже основной.
Жесткость механических характеристик уменьшается с увеличением величины добавочного сопротивления .
Диапазон регулирования скорости практически не превышает 2:1. Способ характеризуется большими тепловыми потерями на добавочном сопротивлении .
Предыдущая3Следующая
Рекомендуемые страницы:
Модели смешанного возбуждения
Для смешанного возбуждения свойственно расположение между параметрами устройств параллельного и последовательного возбуждения, чем легко обеспечивается значительность пускового момента и полностью исключается любая возможность «разноса» движкового механизма в условиях холостого хода.
В условиях смешанного типа возбуждения:
Двигатель смешанного возбуждения
Регулировка частоты моторного вращения при наличии возбуждения смешанного типа осуществляется по аналогии с двигателями, имеющими параллельное возбуждение, а варьирование МДС-обмоток способствует получению практически любой промежуточной механической характеристики.
Онлайн журнал электрика
При проектировании электропривода электродвигатель должен выбираться так, чтоб его механические свойства соответствовали механическим чертам производственного механизма. Механические свойства дают связь переменных в установившихся режимах.
Механической чертой механизма именуют зависимость меж угловой скоростью и моментом сопротивления механизма, приведенными к валу мотора) ω = f(Mс).
Рис. 1. Механические свойства устройств
Посреди всего обилия выделяют несколько соответствующих типов механических черт устройств:
1. Черта с моментом сопротивления, не зависящим от скорости (ровная 1 на рис. 1). Таковой чертой владеют, к примеру, подъемные краны, лебедки, поршневые насосы при постоянной высоте подачи и др.
2. Черта с моментом сопротивления линейно зависящим от скорости (ровная 2 на рис. 1). Такая зависимость присуща, к примеру, приводу генератора неизменного тока с независящим возбуждением, работающему на постоянную нагрузку.
3. Черта с нелинейным возрастанием момента (кривая 3 на рис. 1). Обычными примерами тут могут служить свойства вентиляторов, центробежных насосов, гребных винтов. Для этих устройств момент Мс находится в зависимости от квадрата угловой скорости ω.
4. Черта с нелинейно спадающим моментом сопротивления (кривая 4 на рис. 1). К примеру, у устройств головного движения неких металлорежущих станков момент Мс меняется назад пропорционально ω, а мощность потребляемая механизмом, остается неизменной.
Механической чертой электродвигателя именуется зависимость его угловой скорости от крутящего момента ωд = f(M).
В качестве примеров на рис. 2 приведены механические свойства: 1 — синхронного мотора; 2 – мотора неизменного тока независящего возбуждения; 3 – мотора неизменного тока поочередного возбуждения.
Рис. 2. Механические свойства электродвигателей
Для оценки параметров механических черт электропривода употребляют понятие жесткости свойства. Твердость механической свойства определяется по выражению
β = dМ /dωд,
где dМ – изменение момента мотора; dωд – соответственное изменение угловой скорости.
Для линейных черт значение β остается неизменным, для нелинейных – находится в зависимости от рабочей точки.
Используя это понятие, свойства, приведенные на рис. 2, можно отменно оценить так: 1 – полностью жесткая (β = ∞); 2 – жесткая; 3 – мягенькая.
Школа для электрика
Рекомендуемые файлы
Техническое задание
Инженерия требований и спецификация программного обеспечения
FREE
Маран Программная инженерия
Программаня инженерия
FREE
Вариант 13 — 6 Задач
Инженерная графика
14А Проектирование и исследование механизмов четырехтактного двигателя внутреннего сгорания
Теория механизмов машин (ТММ)
-25%
П13 — Вариант 5
Детали машин
FREE
Вариант 13 – 6 Задач
Инженерная графика
. (2.22)
Следовательно, статизм механической характеристики обратно пропорционально модулю ее жесткости.
Уравнение механической характеристики может быть записано в относительных единицах, если принято следующие выражения для относительных величин:
— относительная величина скорости двигателя;
— относительная величина сопротивления якоря двигателя;
— относительная величина потока двигателя;
— относительная величина момента двигателя;
— относительная величина тока якоря двигателя.
В качестве базисных приняты следующие величины: ωон, Rп, Фн, Мн, Iн.
Если Ф=Фн φ=1.0
ω=ωон =1.0
При принятых соотношениях можно записать следующие выражения для электромеханической и механической характеристик
. (2.23)
Графическое изображение механической характеристики представлена на рис. 2.4.
Собственное сопротивление якоря цепи , поэтому ток короткого замыкания в 10-20 раз превышает . Однако ток якоря не должен превышать допустимое по условиям коммутации значение тока.
Для компенсированных двигателей постоянного тока кратность допустимого тока двигателя соответствует кратности допустимого момента двигателя:
. (2.24)
Для двигателей большой мощности величины статизма естественной механической характеристики составляют . Для двигателей небольшой мощности величина статизма может иметь на порядок большее значение.
Показанные выше механические характеристики двигатель будет иметь при наличии компенсационной обмотки, позволяющей компенсировать размагничивающее действие реакции якоря. Для некомпенсированных двигателей (малой мощности и значительного числа двигателей средней мощности) форма механической характеристики будет естественно зависеть от нагрузки. Продольная составляющая поперечной реакции якоря неблагоприятно сказываются на форме естественной механической характеристики двигателя, искажая ее форму (рис. 2.5).
При реакция якоря проявляется слабо (величина ). Поток двигателя остается примерно равным его значению при идеальном холостом ходе, что практически не меняет жесткость характеристики:
. (2.25)
Информация в лекции «Мухи» поможет Вам.
При реакция якоря может заметно снизить магнитный поток , что приводит к некоторому возрастанию скорости.
При перегрузках размагничивающее действие реакции якоря возрастает, что может привести к возрастанию скорости и изменению знака жесткости механической характеристики. На рис. 2.5. представлены такие характеристики: 2- для компенсированного двигателя и 3- для реального потока, вычисленного по паспортным данным двигателя.
На рис. 2.6 сплошными линиями изображена механическая характеристика при условии . При малых значениях тока якоря и момента реакция якоря практически не проявляется и характеристика остаётся линейной. Пунктирной линией показана характеристика, учитывающая влияние реакции якоря. При этом ток остаётся постоянным, а момент уменьшается вследствие снижения потока. Реальная характеристика может содержать участки с положительной жесткостью, что может вызвать неустойчивую работу двигателя. Поэтому в современных электрических машинах (скВт) с целью устранения влияния реакции якоря в цепь якоря последовательно включают компенсационную обмотку. В этом случае практически можно считать, что магнитный поток не зависит от потока якоря.
Реакция якоря двигателя также неблагоприятно сказывается на перегрузочной способности двигателя. При (по условиям коммутации) поток двигателя может снизиться на (10-20)%. На столько же снижается допустимый момент двигателя.
Изменение потока неблагоприятно сказывается и на динамическим свойствах двигателя, поэтому в некомпенсированных двигателях с кВт применяется т. н. стабилизирующая обмотка, размещенная на главных полосах машины. Она включается последовательно в цепь якоря и создает дополнительную МДС, компенсирующую действие реакции якоря. Такие двигатели применяются для непрерывного режима работы, т. е. при изменении направления скорости ток якоря в двигательном режиме будет иметь противоположное направление и стабилизирующая обмотка будет действовать против МДС обмотки главных полюсов и усугублять действия реакции якоря.
Механические характеристики материалов
Главная Учебные курсы Сопротивление материалов Растяжение и сжатие Механические характеристики материалов
Под механическими характеристиками подразумеваются значения напряжений и деформаций, соответствующие определенным точкам на диаграмме условных напряжений.
Пределом пропорциональности σпц
называется наибольшее напряжение, до которого деформации прямо пропорциональны напряжениям.
Пределом упругости σу
называется напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций.
Пределом текучести σ
т называется напряжение, при котором деформации растут без заметного увеличения нагрузки.
Пределом прочности, или временным сопротивлением σв
называется максимальное напряжение (подсчитанное по первоначальной площади сечения образца), выдерживаемое материалом при растяжении. Его величина определяется ординатой точкиC условной диаграммы (см. Рис. 4.6).
При экспериментальном определении величин пределов пропорциональности и упругости вносится определенный элемент условности. Объясняется это тем, что начало отклонения от линейной зависимости, как и начало образования остаточных деформаций, будет отмечено тем раньше, чем выше точность измерения деформаций.
Поэтому под пределом пропорциональности σпц
понимается напряжение, при котором отступление от линейной зависимости достигает определенной величины, устанавливаемой техническими условиями.
Пределом упругости считается напряжение, при котором остаточные деформации достигают заранее установленной величины в пределах 0.001-0.005%. Условный предел упругости при остаточной деформации 0.005% обозначается σ0,005
Для материалов, не имеющих площадки текучести, в качестве предела текучести условно принимается напряжение, при котором остаточные деформации составляют 0.2 или 0.3% от первоначальной длины образца. Условный или, иначе, технический предел текучести в соответствии с допуском на остаточную деформацию обозначается σ0,2
илиσ0,3 .
В теоретических исследованиях индексы 0.2 и 0.3 обычно опускаются и условный предел текучести обозначается символом σ
т. Предел текучести является одной из основных характеристик материала. Пластические свойства материала, то есть способность к образованию остаточных деформаций, характеризуются величиной остаточного удлинения образца при разрыве
,
(4.7) |
а также относительным уменьшением площади сечения образца в шейке
, | (4.8) |
где l1
,F1 — длина рабочей части образца и площадь наименьшего сечения шейки разорванного образца, соответственно;lo ,Fo — их величины до нагружения.
Основные механические характеристики применяемых в технике материалов приводятся в справочной литературе.
Предыдущая Механические характеристики материалов
Следующая
Версия для печати