Электромеханические преобразователи энергии в приводах

Электромеханическим преобразователем энергии в приводах является электрическая машина. В зависимости от соотношения знаков скорости машины и моментов на ее валу различают два режима работы электрической машины — двигательный и генераторный (или тормозной). Для двигательного режима работы машины направления (знаки) скорости и развиваемого ею момента совпадают при встречном направлении момента сопротивления. При генераторном режиме работы машины согласно направлены скорость и момент нагрузки со стороны механизма, а момент, развиваемый машиной, — встречно. Это положение иллюстрируется рис. 1.23. Здесь направления моментов скорости показаны стрелками. Согласно изложенному правилу определения режимов работы машина работает в двигательном режиме в I и III, а в генераторном — во II и IV квадрантах.
Механические характеристики механизма и двигателя можно представить, например, в виде графиков 1 и 2 на рис. 1.24. Согласно установившийся режим работы со=const привода наступает при равенстве моментов М—Мс, т. е. при равенстве отрезков ab=ac при скорости сос. Более практичным является изображение статических характеристик механизма с обратным знаком, т. е. положительное направление координатной оси момента двигателя совпадает с отрицательным направлением координатной оси момента сопротивления и наоборот. Тогда установившийся режим работы привода будет соответствовать точке пересечения характеристик двигателя и механизма, т. е. кривых 1 и 3 на рис. 1.24.
Следует отметить, что в осях <о, М изображают как статические характеристики привода, так и динамические. Любая точка статической характеристики определяет функциональную зависимость ео=/(М) в установившемся режиме, т. е. привод работает в этой точке сколь угодно длительное время. На динамической же характеристике любая точка соответствует значению скорости и момента при определенном значении времени переходного процесса, пуска, торможения, реверса, наброса и сброса нагрузки и т. д.
Механические характеристики двигателя и механизма позволяют оценить многие качества привода — устойчивость, возможность и показатели регулирования скорости, изменение режимов работы двигателя при изменении нагрузки на его валу и т. д.
Важным показателем в работе приводов является статическая устойчивость, под которой понимают способность привода после выведения его из установившегося режима под действием различного рода возмущений возвратиться к этому режиму после исчезновения указанных возмущений. Как следует из рис. 1.25 при неизменной механической характеристике двигателя отклонения от установившегося режима работы вызывают возникновение разности моментов двигателя и нагрузки. Согласно привод при этом будет ускоряться. Исчезновение возмущения может привести к возврату двигателя в исходную точку установившегося режима, если привод в ней статически устойчив, или к уходу от этой точки, если привод в ней статически неустойчив.
Для оценки свойств приводов по их характеристикам широко используют понятие жесткости механической характеристики, оценивающей изменение скорости с изменением момента при работе на одной характеристике. В общем случае жесткость определяется как, приведены механические характеристики наиболее распространенных электродвигателей и механизмов.
Для оценки электромеханических свойств электродвигателей большое значение имеет изучение их электромеханических характеристик, под которыми понимают зависимость скорости от тока якоря со (/я) двигателей постоянного тока и зависимость скорости от тока статора (o(h) или ротора со(/2) асинхронных двигателей. Электромеханические характеристики также задаются в аналитической форме или графически в осях.
Механические и электромеханические характеристики двигателей подразделяют на естественные и искусственные. Под естественными понимают такие характеристики, которые имеет двигатель в основной схеме включения при питании его цепей номинальным напряжением и отсутствии в них дополнительных элементов — резисторов, катушек индуктивностей, конденсаторов. При нарушении хотя бы одного из этих условий двигатель будет работать на искусственной характеристике.