2. Статические режимы работы электроприводов
2.1. Механические и скоростные характеристики электродвигателей
Статическим или установившимся режимом работы электропривода называется режим при
В тех случаях, когда статический момент является переменной величиной или функцией какого-либо изменяющегося параметра, установившийся режим может отсутствовать. Например, если в кинематической схеме привода имеется кривошипно-шатунный механизм, то Мс является периодической функцией угла его поворота, и в этом случае режим называется квазиустановившимся. В нефтегазодобывающей промышленности аналогичным статическим моментом обладает станок-качалка, где момент статический изменяется во времени по закону, близкому к гармоническому.
Зависимости
(2.1)
(2.2)
называются механическими характеристиками электродвигателя и механизма соответственно.
Существующие рабочие механизмы могут иметь самые различные механические характеристики, но наиболее типичными являются три варианта изменения статического момента, показанные на рис.2.1.
1.
то есть статический момент не зависит
от скорости.
2.
мощность
на валу электродвигателя постоянна и
статический момент обратно пропорционален
скорости. Например, такой тип момента
статического характерен для буровых
насосов, где посредством изменения
диаметра втулок или автоматического
регулирования угловой скорости приводного
электродвигателя добиваются постоянства
мощности на валу при увеличении в
процессе бурения статического момента.
3.
- так
называемый вентиляторный момент,
пропорциональный квадрату угловой
скорости. Таким типом момента статического
обладают центробежные насосы и
компрессоры, применяемые в электроприводах
механизмов нефтегазодобывающего
комплекса. Например, погружные насосы,
насосы нефтеперекачивающих станций и
кустовых насосных станций систем
поддержания пластового давления,
компрессоры газоперекачивающих
агрегатов.
Рис. 2.1. Механические характеристики рабочих механизмов
Если механические
характеристики строятся для любого
режима работы, в том числе и динамического,
то они называются динамическими
механическими характеристиками. Если
же построение производится при
то характеристики называются статическими
механическими характеристиками или
чаще - просто механическими характеристиками.
Статические механические характеристики есть геометрическое место точек на плоскости (w, М), соответствующих установившимся режимам работы электропривода.
Динамические механические характеристики – это геометрическое место точек на плоскости (w, М), где каждая из точек является функцией времени.
Из (1.5), (1.18) и (1.19) видно, что установившимся режимом работы электропривода является точка пересечения механических характеристик электродвигателя и рабочего механизма.
Скоростными (электромеханическими) характеристиками называются зависимости
(2.3)
где I – ток обмоток якоря, ротора или статора электродвигателя.
Для оценки формы механической характеристики используется понятие ее жесткости – это отношение разности моментов (сил) к разности скоростей при этих значениях моментов в установившемся режиме работы электропривода.
.
(2.4)
В графической интерпретации жесткость – это тангенс угла g наклона касательной в данной точке механической характеристики к оси ординат (скоростей) (рис.2.2).
Рис.2.2. Графическое определение жесткости характеристик
, (2.5)
где
-
масштабы
момента и скорости соответственно,
Нм / мм; (1/с)/ мм.
Жесткость характеристик может быть постоянной, переменной, положительной, отрицательной, равной нулю или бесконечности. На рис.2.3 приведены механические характеристики с различными значениями коэффициента жесткости.
Известно, что статический режим – это состояние равновесия относительно угловой скорости w, причем равновесие может быть устойчивым или неустойчивым. Для электроприводов необходимым и достаточным условием устойчивого статического режима является наличие противоположных знаков у приращения скорости и динамического момента при отклонении системы от состояния равновесия, то есть при отрицательном значении коэффициента b жесткости характеристики. Например, на рис.2.3 изображена характеристика при b = var.
Рис.2.3. Механические характеристики с различными
коэффициентами жесткости
Здесь при работе электропривода в точке А при положительном приращении момента М приращение скорости будет отрицательным, то есть жесткость характеристики в этой точке отрицательна и, следовательно, состояние равновесия устойчиво. При работе в точке В при положительном приращении момента приращение скорости также положительно. Следовательно, жесткость характеристики в этой точке положительна и статический режим неустойчив.