Лекція 2 Рівняння руху електропривода
Електропривод може працювати в різних режимах. Він прискорюється при пуску двигуна або зменшенні (скиданні) навантаження; уповільнюється при відключенні двигуна або його реверсі. Поводження електропривода в таких режимах залежить від сил і моментів, що діють в його механічній частині. Для зручності розгляду процесів, які відбуваються в електроприводі, вважають один із двох можливих напрямків обертання двигуна за позитивний, тобто напрямок, при якому обертальний момент, що розвивається двигуном, збігається з напрямком швидкості, а інший – за негативний. Відповідно до цього і момент статичного опору також може бути як позитивним, так і негативним.
У системах електропривода основним режимом роботи електричної машини є руховий. При цьому момент опору має гальмівний характер стосовно руху ротора (або якоря) і діє назустріч моменту двигуна.
Тому позитивний напрямок моменту опору Мстприймають протилежним позитивному напрямку моменту двигуна.
Якщо в процесі роботи електропривода кутова швидкість постійна, то момент М,який розвивається двигуном, дорівнює моменту навантаження Мст:
М = Мст
або
М – Мст = 0 (1.17)
При змінній кутовій швидкості електропривода – збільшенні або зменшенні — виникає динамічний момент Мдин і рівняння доповнюється третім членом:
М – Мст = Мдин (1.18)
|
|
|
Це рівняння називається основним рівнянням руху електропривода.
При заміні в (1.18) Мдин його співвідношенням (1.11) рівняння руху електропривода приймає вид
М – Мст = J dw/dt (1.19)
У загальному випадку рівняння руху електропривода представляється як
± М ± Мст = J dw/dt
При аналізі співвідношення (1.18) одержуємо три можливих стани електропривода:
1) М > Мст — стан прискорення;
2) М = Мст — стан спокою або усталеного руху;
3) М < Мст — стан уповільнення.
Знак динамічного моменту визначається алгебраїчною різницею обертового моменту двигуна і моменту статичного опору.
Поняття про механічні характеристики
Основне призначення електродвигуна — перетворення електричної енергії в механічну. Ця енергія передається через вал двигуна виробничій машині або механізму. При сталій швидкості руху моменти двигуна і статичного навантаження рівні [див. (1.17)]. Момент Мст, створюваний виробничим механізмом, залежить від його механічних властивостей і може бути як постійним, не залежним від кутової швидкості, так і змінним, у тім або іншому ступіні обумовленим нею. Така залежність, яка зображується прямою або кривою лінією в прямокутній системі координат w, М, називається механічною характеристикою виробничого механізму і представляється функцією w = f (Мст).
|
|
|
Приклади статичних механічних характеристик w = f (Мст)для деяких механізмів наведені на рис. 1.4. Характеристики представлені для прямого (позитивного) і зворотного (негативного) напрямків кутової швидкості. Характеристику, зображену на рис. 1.4, а, мають механізми з активним моментом.
Рисунок 1.4 – Механічні характеристики виробничих механізмів
При зміні напрямку швидкості момент Мст не змінює напрямку дії, а отже, він не залежить від швидкості. Характеристики, представлені на рис. 1.4, б, в, мають механізми з реактивним статичним моментом, тому що зі зміною напрямку швидкості змінюється і напрямок моменту. Прикладами механізмів з реактивним статичним моментом можуть бути механізми, у яких статичний момент обумовлений силами тертя або пластичної деформації металів (прокат, штампування тощо) (рис. 1.4, б), і механізми типу вентиляторів і відцентрових насосів (рис. 1.4, в).
У свою чергу, момент двигуна, створений взаємодією магнітного потоку і струму в його обмотках, як правило, зі зміною значення швидкості або ротора якоря змінюється. Ця зміна відображається механічною характеристикою двигуна w = f (М) у тій же системі координат w, М. На рис. 1.5 показані типові механічні характеристики двигунів змінного (рис. 1.5, а) і постійного (рис. 1.5, б) струму.
|
|
|
Рисунок 1.5 – Механічні характеристики двигунів:
1 – синхронного; 2 – асинхронного; 3 – природна і 3' штучна (реостатна) характеристики двигуна постійного струму незалежного (або паралельного) збудження; 4 – постійного струму послідовного збудження
Механічні характеристики двигунів поділяються на природні (1,2,3,4), які зображені на рисунках жирної лінією, і штучні (3'). Під природною розуміється характеристика, що виходить при підключенні двигуна до електричної мережі, яка відповідає номінальному значенню його напруги, без додаткових опорів у колах статора, ротора або якоря. При цьому частота мережі живлення для двигунів змінного струму повинна дорівнювати номінальній частоті двигуна. На природній характеристиці розташовуються точка з номінальними (паспортними) даними двигуна Мном і wном.
Характеристики, що виходять при зміні будь-якого параметра двигуна (напруги живлення, частоти, магнітного потоку збудження, опору силового кола), називаються штучними. Штучні механічні характеристики створюють для плавного пуску та гальмування двигунів, для отримання різних швидкостей у сталих режимах.
|
|
|
Основними величинами, що визначають механічну характеристику двигуна, є:
1) початковий пусковий момент Мпуск (або момент короткого замикання Мк), який розвивається двигуном при швидкості, рівній нулю;
2) найбільший момент Ммах, який здатний розвити двигун: у синхронного та асинхронного двигунів змінного струму він обмежений значеннями 1,6 — 3,5 від номінального; у двигунів постійного струму він теоретично необмежений, хоча практично за умовами комутації струму він обмежується каталожними значеннями, рівними 2 — 8 від номінального. Момент Ммах, який розвивається асинхронним двигуном при пуску, називається перекидаючим (або критичним);
3) швидкість ідеального холостого ходу w0, яку здатний розвити двигун в ідеальному випадку – при повній відсутності статичного моменту на його валу та електромагнітному моменту, рівному нулю.
У наведених механічних характеристиках робочих механізмів (див. рис. 1.4) і різних двигунів (рис. 1.5) ступінь зміни моменту зі зміною швидкості різна. Величина, яка характеризує цю зміну, називається жорсткістю механічної характеристики:
b = dM / dw (1.20)
У залежності від ступеня жорсткості механічні характеристики поділяються на три види:
1) абсолютно жорстка механічна характеристика, при якій кутова швидкість двигуна залишається незмінною при зміні обертового моменту. Таку характеристику мають синхронні двигуни (рис. 1.5, а, характеристика 1). Жорсткість цієї характеристики b = ∞;
2) жорстка механічна характеристика, при якій кутова швидкість змінюється незначно при зміні обертового моменту (характеристика 2 у межах w0– a (рис. 1.5, а) і характеристика 3 (рис. 1.5, б)). Жорсткість цих характеристик негативна, тобто b < 0;
3) м'яка механічна характеристика, при якій кутова швидкість двигуна змінюється значно при зміні обертового моменту (характеристика 4 (рис. 1.5, б), b = var < 0).
Так як усталений режим роботи електропривода характеризується рівністю моментів і кутових швидкостей двигуна і виробничого механізму, то для знаходження цього режиму механічні характеристики виробничого механізму і двигуна зображують в одному квадранті площини w, М (рис. 1.6). Точки перетину характеристик будуть визначати усталений режим Му, wу. Так, наприклад, стійка робота вентилятора (характеристика 2)із приводним асинхронним двигуном (характеристика 1) буде в точці а. З рисунка видно, що для пуску в хід і розгону електропривода початковий пусковий момент двигуна Мпуск повинен бути завжди більше початкового моменту навантаження Мст.н. Стійка робота (або рівновага) електропривода буде при виконанні умов
b - bст < 0або b < bст,
де b і bст – жорсткості характеристик двигуна та виробничого механізму.
Для дослідження руху електропривода іноді використовують результуючу механічну характеристику, що представляє собою суму механічних характеристик двигуна і механізму. Жорсткість такої характеристики при різних кутових швидкостях різна.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1233; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!