Основы электропривода, автоматизированный электропривод, теория электропривода 310 стр. (Укр)

Подождите немного. Документ загружается.

Ще більш складним рух у тримасових механічних

системах, коли враховується пружність (не одного як у

двомасових системах), двох елементів механічної частини ЕП.

Багатомасові розрахункові системи одержуються й в

інших випадках, наприклад, коли враховуються проміжки



між елементами механічної частини ЕП. Наявність проміжків

надає руху нелінійний характер, що також суттєво ускладнює

розрахунок таких систем.

2.5 Типові статичні навантаження ЕП

Електромагнітний момент (зусилля) двигуна є вихідною

величиною системи автоматизованого електропривода й

вхідною величиною його механічної частини, а решта моментів

або зусиль визначають його статичне навантаження

)(

Для будь-якої розрахункової схеми (одно-, дво-, три

масової) це навантаження (для конкретного ЕП) залишається

одним і тим же.

Усі ці моменти (зусилля) навантаження, які прикладені до

механічної частини ЕП можна поділити на дві групи:

- корисні навантаження робочого органу;

- моменти й сили механічних втрат.

MMM

КОРC





, [Н

м]

де

КОР

- сумарний зведений момент корисного

навантаження;

M

- сумарний зведений момент втрат (включає й

момент механічних втрат електродвигуна).

Корисне навантаження є одним з головних факторів, які

пов’язують ЕП з технологічним процесом механізму чи машини,

які приводить до руху цей ЕП.

Моменти (зусилля) корисного навантаження у різних

виробничих механізмах (робочих машинах) мають різний

характер. Усе різноманіття виробничих механізмів за

характером моментів (зусиль) навантаження можна умовно

поділити на чотири категорії (класи). Критерієм такої

класифікації править залежність навантаження від швидкості,

так звана механічна характеристика виробничого механізму. Для

обертальних ЕП вона має вигляд

)(

Mf



, (2.5)

де

- зведений до вала двигуна статичний момент

опору, [Н

м];



- зведена до вала двигуна кутова швидкість (кутова

швидкість двигуна), [

Розглядаючи далі особливості зусиль й моментів, що

діють у механічній частині електропривода, слід відзначити

наступне.

За характером взаємодії з ЕП усі сили й моменти

поділяються на

- активні;

- реактивні.

Активними силами й моментами звуться сили й моменти ,

що створюються зовнішніми відносно електродвигуна

джерелами механічної енергії незалежно від напрямку руху ЕП,

наприклад, потенційною енергією вантажів, що переміщуються

вертикально або енергією вітру й таке інше. Характерним є

прояв активних сил й моментів у вантажопіднімальних

механізмах.

Реактивними силами й моментами називають сили й

моменти опору руху, що виникають як реакція на активний

рушійний момент, що створює електродвигун, або на інший

будь-який активний рушійний момент, який не створюється

електродвигуном, наприклад, реакція на момент, створений

силою інерції. Ці навантаження завжди діють у напрямку,

протилежному напрямку руху ЕП, вони змінюють свій напрямок

при реверсі швидкості електродвигуна.

Отже, усі реактивні сили й моменти залежать від

швидкості. За характером цієї залежності їх поділяють на:

- навантаження сухого тертя;

- навантаження в’язкого тертя;

- навантаження вентиляційного типу.

Навантаження сухого тертя залежить від значень

коефіцієнтів тертя (від матеріалу, характеру технологічного

процесу, наприклад, обробка різанням, тиском й таке інше).

Навантаження в’язкого тертя у дійсності зустрічається

мало. Суттєвим вони можуть бути при динамічних процесах у

механічній системі електропривода при деформаціях валів,

муфт, канатів та інших елементів механічної частини ЕП.

Навантаження вентиляційного типу виникають на

розвинених частинах елементів механічної частини ЕП й самого

електродвигуна, що обертаються.

2.6 Режими роботи електроприводів

Звернемося до одномасової зведеної розрахункової схеми

механічної частини ЕП (можна було б й до багатомасової,

суттєвого значення не має), для якої рівняння механічного руху

будуть мати вигляд:

ДC

FFF 

(2.6)

- для поступального руху й

ДC

MMM 

(2.7)

- для обертального руху.

В рівняннях (2.6) і (2.7) усі параметри зведені до вала

двигуна:

- зусилля, яке створює електродвигун, [Н];

- момент електродвигуна, [Н

м];

- статичне зусилля опору, [Н];

- статичний момент опору, [Н

м];



- динамічна сила, [Н];

- маса, [кг];

- лінійна швидкість, [м/с];





- динамічний момент, [Н

м];

- момент інерції, [кг

];



- кутова швидкість, [1/с].

Фізичні одиниці зусиль та моментів такі:

][][][,,

Нсмкг

кгFFF

ДC





;

][][][,,

мНм

мкг

смкгMMM

ДC









Рівняння (2.6) і (2.7) дозволяють однозначно визначити

характер механічного руху ЕП.

Так, якщо динамічний момент відсутній

0

, то

0

(2.8)

MM 

Момент двигуна дорівнює статичному моментові опору –

усталений рух (або спокій). Тобто ЕП рухається з рівномірною

швидкістю (або нерухомий).

При неусталеному режимі згадані моменти не

дорівнюють один одному, є динамічний момент, рух буде

прискорений або сповільнений.

Таким чином, для обертального ЕП рівняння (2.8)

називають рівнянням усталеного руху, а рівняння (2.7) –

неусталеного.

Величина (модуль) складових лівої частини рівнянь (2.6) і

(2.7) та характер їх дії (знак) визначають особливості режиму

роботи кожного конкретного ЕП.

Величина (модуль) та знак складових правої частини

рівнянь (2.6) і (2.7) не мають власного незалежного значення,

вони визначаються тільки співвідношенням складових лівої

частини рівнянь.

На прикладі вантажопіднімального механізму розглянемо

вплив модуля і знака складових лівої частини рівняння (2.7) на

неусталені режими роботи механізму для 6-ти випадків поданих

у таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 – Режими роботи ЕП.

1 Двигуневий, розгін

JMM





Двигуневий, сповільнення

MM 

Розгін при підніманні

вантажу

MM 

Сповільнення на ходу при

підніманні вантажу

2 Двигуневий, розгін

JMM





—

Розгін при силовому

спуску вантажу

3 Гальмівний

JMM





Піднімання

—

Електричне гальмування

при підніманні вантажу

4 Гальмівний, сповільнення

JMM





гальмівний, прискорення

MM 

Електричне гальмування

при спуску вантажу

MM 

Прискорення вантажу при

гальмівному спуску

5 Двигун вимкнено від мережі





0M

Самогальмування ван-

тажу при підніманні

6 Двигун вимкнено від мережі





0M

Саморозгін вантажу при

спуску

Таблиця 2.1 наочно демонструє такі особливості

неусталених режимів вантажопіднімального механізму:

а) знак „+” перед значенням момента

двигуна вказує

на двигуневий режим його роботи;

б) знак „-” перед значенням момента

двигуна вказує

на гальмівний режим його роботи;

в) знак „+” перед значенням статичного момента

вказує на режим при спуску вантажу незалежно від того,

двигуневий чи гальмівний режим двигуна;

г) знак „-” перед значенням статичного момента

вказує на режим при підніманні вантажу незалежно від того,

двигуневий це чи гальмівний режим роботи двигуна;

д) при відімкненні двигуна від мережі неусталений рух

ЕП здійснюється за рахунок накопиченої кінетичної чи

потенціальної енергій.

Основною задачею у галузі механіки ЕП є визначення

швидкості

та потужності

при усталеному режимі й

визначення швидкості

, шляху

та потужності

у функції

часу

у неусталених перехідних режимах

)(,, tfPSV 

3 СТАТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИКОНАВЧИХ

МЕХАНІЗМІВ ТА ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ

3.1 Механізми

При розгляді роботи електродвигуна, який приводить до

руху виконавчий механізм, слід виявити відповідність статичних

характеристик двигуна статичним характеристикам виконавчого

механізму.

Наприклад, для обертальних електроприводів залежність

між зведеними до вала електродвигуна швидкістю та моментом

опору механізму називають механічною характеристикою

виконавчого механізму

 

Mf



де



- зведена до вала електродвигуна кутова швидкість

виконавчого органа механізму,

 

;

- зведений до вала електродвигуна статичний момент

опору виконавчого органу механізму,

 

мH 

Різні виконавчі механізми мають різні механічні

характеристики. Усе різноманіття виконавчих механізмів можна

умовно поділити на чотири групи з приблизно однаковими

механічними характеристиками. Для усіх цих чотирьох груп

механізмів можна записати одну загальну емпіричну залежність

яка являє собою механічну характеристику механізму:

ном

cс

ММММ

ном

















)(

, (3.1)

де

- момент статичного опору механізму на подолання

тертя у рухомих частинах механізму,

 

мH 

;

ном

- статичний момент опору механізму при

номінальній кутовій зведеній швидкості

ном



 

;

- показник степеня, що характеризує зміну момента

опору при зміні кутової швидкості.

Величина цього показника у решті решт і є тим

параметром, що суттєво впливає на вид механічної

характеристики, а отже і визначає належність механізму то тієї,

чи іншої групи (класу), дивись рисунок 3.1.

Рисунок 3.1 Механічні характеристики виконавчих

механізмів.

І клас. До цього класу належать усі механізми, у яких

статичний момент опору не залежить від величини швидкості.

Механічна характеристика таких механізмів має вигляд прямої

лінії, паралельної осі ординат.

У відповідності до рівняння (3.1) показник степеня

впливу

швидкості на момент опору відсутній

0j

. При такому

значенні

рівняння (3.1) буде мати вигляд

ном

MM 

тобто, математично, це є пряма паралельна осі ординат, яка

відступає від цієї осі на відстань

ном

Таку характеристику мають (відносяться до І класу) такі

механізми:

- вантажопіднімальні машини;

- лебідки;

- механізми подачі верстатів;

- виконавчі органи більшості роботів й таке інше.

До першого класу також можна віднести конвейєри зі

сталою масою матеріалу, що переміщується, а також більшість (з

певною мірою наближення) механізмів, у яких основним

моментом опору є тертя, оскільки у нормальних межах робочих

швидкостей момент тертя змінюється мало. (Суттєво момент

тертя збільшується при швидкостях які значно перевищують

швидкість звичайних механізмів. А при швидкостях космічних і

близьких до космічних, тертя стає основним чинником

підвищення опору.)

ІІ клас. До другого класу належать усі механізми, у яких

статичний момент опору зростає при зростанні швидкості

лінійно, так звана лінійно зростаюча механічна характеристика,

вона має вигляд похилої прямої. У відповідності до рівняння

(3.1) показник степеня

впливу швидкості на момент опору є

одиниця

1j

При такому значенні

рівняння (3.1) буде мати вигляд

 

ном

МM

ном















MMM

, (3.2)

де

 

ном

МM

ном









- стала величина.

Тобто рівняння (3.1) набуває вигляд рівняння (3.2) –

класичний вигляд рівняння прямої лінії, яка не проходить через

початок координат: (

bxky 

). Для спрощення, у багатьох

випадках можна знехтувати

, особливо при малих

швидкостях, тоді ця характеристика пройде через початок

координат, а рівняння (3.2) набуде вигляду

xky 

, тобто

рівняння прямої, що проходить через початок координат.

Механізмів з такою характеристикою не багато,

класичним прикладом механізму з такою характеристикою є

генератор постійного струму незалежного збудження, який

працює на сталий зовнішній опір.

ІІІ клас. До цього класу належать усі механізми, у яких

статичний момент опору нелінійно збільшується при зростанні

швидкості, тобто механічна характеристика є нелінійно

зростаючою. У відповідності до рівняння (3.1) показник степеня

впливу швидкості на момент опору є число більше одиниці,

найчастіше

2,28,1 j

а у окремих випадках може бути

43 j

При таких значеннях

рівняння (3.1) буде мати вигляд

ном

МM

ном









MMM









, (3.3)

де

 

ном

МM

ном









- така ж сама стала величина.

Тобто рівняння (3.3) у математичному вигляді набуває

характер параболи. А, наприклад, при знехтуванні моментом

тертя

)0(

M

й показникові

2j

, рівняння набуває вигляду

звичайної параболи (

xky 

Класичним прикладом виконавчого механізму з такою

характеристикою є вентилятор. З цих причин механізми ІІІ класу

ще називають механізмами з вентиляторною характеристикою.

Їх чудовою властивістю є те, що при малих швидкостях –

навантаження мале, з ростом швидкості опір зростає. Тобто

фізично їх практично неможливо запустити до руху під

навантаженням (запуск при неробочому ході).

До ІІІ-го класу, крім вентиляторів, належать механізми:

- відцентровані насоси;

- компресори;

- гребні гвинти повітряних та водяних суден;

- центрифуги;

- сепаратори;

- гіроскопи й таке інше.

Для надшвидкісних механізмів, наприклад, центрифуг,

швидкість обертання яких сягає 100000 об/хв, коефіцієнт

може сягати числа 4.

Нелінійне зростання моменту опору при зростанні

швидкості таких механізмів є згубним при створенні швидкісних