Теория электропривода

1) основное уравнение электроприводов

электродвигатель при воздействии на нагрузку создает вращающий момент соответствующий сопротивление нагрузки. в установившемся режиме вращающийся момент двигателя равен моменту двигателя над статическим. тогда же происходит процесс разгона торможения или при резком изменение нагрузки двигатель создает дополнительный момент преодолевающий изменения инерции вращающихся частей его надо динамическим моментом. таким образом в общем виде вращающий момент равен сумме статического момента и динамического М=Мс+Мдин. если вращающий момент двигателя направлен в сторону вращения (движущий момент) то он берется со знаком плюс а если в обратную сторону то он берется со знаком минус. и наоборот если момент сопротивления нагрузки направлен встречно движению то он берется со знаком плюс а если в сторону движения то со знаком минус. и тогда основное уравнение электропривода перепишется в виде: +/- М+/-Мст=Мдин. динамический момент зависит от массы всех вращающихся частей куда входит масса ротора двигателя масса вращающихся частей вращающегося механизма и масса вращающихся частей рабочего механизма. кроме того динамический момент зависит от величины ускорения М_дин=I* где I – момент инерции. I=m*ρ ²; M=M_c+I* M-M_c= I* - основное уравнение электропривода. M-M_c=0 =0 (движение равномерное)

Из уравнения следует все три возможных режим работы электропривода. Установившийся режим:

M-M_c> 0 > 0 (ускорение)

M-M_c< 0 < 0 (замедление)

В практике часто вместо момента инерции используют понятие мохового момента: I=m*ρ ²⁼

GD² - маховый момент в формуле м заменяет как отношение веса G к ускорению свободного падения q p - радиус диаметр.

2.Механика электропривода, моменты действующие в электроприводе.

Любой электропривод представляет собой электромеханическую систему, состоящую из трех частей (рис. 1.1). Двигатель Д как элемент этой системы представляет собой источник или потребитель энергии. В механическую систему входит лишь ротор двигателя, который обладает моментом инерции, может вращаться с определенной скоростью и развивать движущий или тормозной момент.

Рис. 1.1. Элементы привода как механической системы

Преобразующий механизм ПМ осуществляет преобразование движения. При его помощи увеличивается или уменьшается скорость вращения (редуктор), изменяется вид движения – вращательное в поступательное (винтовые и зубчато-реечные передачи, барабан с тросом, кривошипно-шатунный механизм и т.п.), он характеризуется коэффициентом передачи, представляющим собой отношение скорости на входе к скорости на выходе, механической инерционностью и упругостью его элементов, зазором и трением.

Рабочий орган реализует подведенную энергию в полезную работу. Чаще всего он является потребителем энергии, тогда ее поток направлен от двигателя к рабочему органу. Иногда бывает наоборот: поток энергии направлен от рабочего органа к двигателю, и первый является ее источником. Рабочий орган характеризуется инерционностью, рабочим моментом при вращении или усилием при линейном движении.

Передача энергии от двигателя к рабочему органу и обратно связана с ее потерями в механических звеньях. Причина – трение в подшипниках, направляющих, зубчатых зацеплениях и т.п. Потери энергии покрываются двигателем при прямом потоке энергии и рабочим органом при обратном потоке.

1.1.1. Моменты, действующие в электроприводе

Допустим, что механическая система состоит из абсолютно жестких элементов и не содержит воздушных зазоров. Тогда движение одного элемента дает полную информацию о движении всех остальных, и движение системы можно рассматривать на этом элементе. Обычно за такой элемент берут двигатель. На механическую систему воздействует электромагнитный момент двигателя (M) и суммарный, приведенный к валу двигателя момент сопротивления – статический момент (M _с), включающий момент сопротивления механизма и момент от всех механических потерь в системе, в том числе и от механических потерь в двигателе.

Моменты можно разделить условно на три категории:

реактивные моменты;

демпферные моменты;

активные моменты.

Реактивный момент, его еще называют моментом сухого трения – это момент от сжатия аморфных тел, трения, резания и т.п., характеризующий переход от состояния покоя к движению и изменяющий свой знак при изменении направления движения привода. Формально момент сухого трения описывается выражением

M _ст= M ₀signω

где M ₀ – модуль момента сухого трения, ω – скорость вращения. При линейном перемещении элементов привода вместо скорости вращения ω в выражение (1.1) необходимо подставлять скорость линейного движения (V).

Демпферный момент, его называют также моментом вязкого трения – это момент от перемещения тела в среде жидкости. Он пропорционален скорости вращения или линейного перемещения и изменяет свой знак при изменении направления движения. Формально он описывается выражением

M _вт= k _втω

где k _вт – коэффициент вязкого трения (коэффициент демпфирования).

Активный момент – это момент от силы тяжести. В статике – от растянутых, сжатых и скрученных упругих тел. Его знак не меняется при изменении направления движения, а модуль может быть как зависимым (при скручивании и сжатии упругих тел), так и независимым от угла поворота или величины линейного перемещения (действие силы тяжести).

Реальные моменты, воздействующие на привод, чаще всего содержат все перечисленные составляющие, поэтому при их формальном описании используют приближенные аппроксимирующие зависимости, например, вида

(1.3)

M _с= M ₀signω +(M _н− M ₀)(ω /ω _н) ^s,

где M _н, ω _н – соответственно номинальные момент и скорость рабочего органа, s – показатель степени, определяющий характер изменения его момента при изменении скорости. Например, при s =0 момент не зависит от скорости, т.е. остается постоянным, при s =− 1с ростом скорости момент уменьшается так, что мощность на валу остается неизменной, а при s =2 с ростом скорости момент растет пропорционально ее квадрату и такую нагрузку называют вентиляторной.