ID: 44672

Название работы: Основы механики электропривода

Категория: Лекция

Предметная область: Физика

Описание: Работа электромеханической системы электропривод – исполнительный механизм происходит при взаимодействии различных сил и моментов. Один из моментов создаётся электродвигателем, он приводит систему в движение и называется электромагнитным моментом

Язык: Русский

Дата добавления: 2014-03-28

Размер файла: 35.44 KB

Работу скачали: 64 чел.

ТЕМА ЛЕКЦИИ 3

Основы механики электропривода

ПЛАН ЛЕКЦИИ

                                                                                                                                                               

1. Режимы работы электропривода, динамический момент.

2. Уравнение движения электропривода.

3. Время пуска двигателя в холостом режиме и под нагрузкой.

4. Время торможения и изменения скорости электропривода.

          Режимы работы электропривода, динамический момент

                                                                                          

         Работа электромеханической системы  электропривод –  исполнительный механизм происходит при взаимодействии различных сил и моментов. Один из моментов создаётся электродвигателем, он приводит систему в движение и называется электромагнитным моментом  , другие силы тормозят её (систему) и создают статический момент сопротивления – М. За положительное направление статического момента принимают направление, противоположное моменту двигателя.

Электропривод работает    в двух  режимах:

1. установившийся или статический режим,это режим при котором скорость привода не изменяется;

2. переходный или динамический режим, это режим при котором скорость изменяется.

         Переходный режим может возникнуть в следующих случаях:

1. при изменении параметров двигателя, например, изменение  сопротивления в цепи ротора; изменение числа пар полюсов статора и т.д.;

2. при изменении нагрузки механизма, например изменение подачи насоса, изменение величины сил трения якоря по грунту и т.д.;        

3. при изменении параметров судовой сети, например, при уменьшении  величины напряжения или частоты тока во время включения электродвигателей большой мощности.

В переходном режиме электропривод переходит от одного установившегося режима к другому, при этом изменяются скорость, момент, и ток электродвигателя.

В установившемся режиме электромагнитный момент равен статическому моменту и противоположен ему по направлению,

и  привод работает с постоянной скоростью

 .                                                (3-1)

 В переходном режиме происходит ускорение  или замедление привода и возникает инерционный или динамический момент, который двигатель должен преодолеть.

Во время работы в переходном режиме, к электромагнитному моменту двигателя   и статическому моменту  добавляется динамический момент , равный

,                                          (3-2)

где:суммарный момент инерции всех элементов привода, приведенный к скорости вращения вала двигателя

        – угловая скорость;          – угловое ускорение.

 

Появление динамического момента объясняется действием сил инерции всех  частей электропривода и исполнительного механизма.

 Например, в электроприводе лебедки динамический момент появляется вследствие инерции якоря или ротора электродвигателя, шестерней редуктора, барабана лебёдки и т.д..

Динамический момент увеличивает время пуска и остановки электропривода, а так же время достижения установившейся скорости.

Для уменьшения динамического момента в двигателях специального исполнения  уменьшают диаметр ротора  и одновременно увеличивают длину ротора, с целью сохранения мощности двигателя. Такие двигатели применяют в электроприводах грузоподъемных механизмов. Их применение позволяет сократить время пуска и остановки электропривода, а значит, повысить производительность грузовых лебедок и кранов.

Серии таких электродвигателей называются крановыми (название произошло  от грузового крана). 

Уравнение движения электропривода

Уравнение движения электропривода учитывает все силы и моменты, действующие в переходных режимах и имеет следующий вид:

.                                                 (3-3)

      Уравнение  движения (3-3)  показывает, что электромагнитный момент двигателя   уравновешивается:                                                     

статическим  моментом на его валу и

инерционным динамическим моментом  .

      В расчётах принимается, что при работе электропривода массы тел и их моменты инерции  не изменяются.

      

Из анализа уравнения движения (3-3) следует, что:

       1)  при  , происходит ускорение электропривода;

1. при , происходит замедление электропривода;
2. при  , ускорение равно нулю,  привод работает в установившемся режиме с постоянной скоростью

.

            Момент, двигателя, положительный, если он направлен в сторону движения привода. Если момент двигателя направлен в противоположную сторону,  то он отрицательный.

         Знак минус перед статическим моментом указывает на  тормозящее действие механизма.

       При спуске груза,  раскручивании сжатой пружины, движении электротранспорта под уклон  и т.п. перед статическим моментом  ставится знак плюс, так как статический момент направлен в сторону движения  привода и способствует движению исполнительного механизма.

       Правая часть уравнения (3-3) динамический  (или инерционный) момент –   проявляется только при переходных режимах, то есть когда изменяется скорость привода.

        При ускорении привода динамический момент направлен против движения, а при торможении в сторону движения, так как он поддерживает движение за счёт инерции.

        Из уравнения движения электропривода (3-3) рассчитываются времена: пуска, разгона и торможения электропривода.

 

Время пуска двигателя в холостом режиме и под нагрузкой

          

          Цикл пуска электропривода включает пуск и торможение ЭД. Для некоторых судовых механизмов пуски и торможения повторяются очень часто и оказывают существенное влияние на их работу. При расчете электроприводов механизмов необходимо знать длительность переходных процессов.

Время переходных процессов определим из уравнения движения.

t =                         (3-4)     

Если динамический момент = const решение значительно упрощается. Найдем частное решение для наиболее типичных режимов работы электропривода.

Пуск двигателя в холостом режиме

 

          Многие асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором при разгоне до рабочих скоростей развивают электромагнитный момент, который незначительно изменяется за время разгона. Поэтому этот разгонный момент можно принять равным среднему значению.

,

где; = 1.2 2.

          Для рассматриваемого режима (пуск в холостую)

,

момент инерции, равен только моменту инерции двигателя, так как двигатель не нагружен механизмом. Из уравнения  (3-4) получим tхх время разгона двигателя без нагрузки до скорости при холостом ходе

tхх = ,                                          (3-5)        

где:  скорость в режиме холостого хода;  

         = 2.

Пуск двигателя под нагрузкой

            

          В отличие от пуска без нагрузки, при пуске нагруженного двигателя действует постоянный статический момент сопротивления, создаваемый механизмом  = , и поэтому ЭД разгоняется  пусковым моментом  за времядо установившейся скорости, соответствующей моменту нагрузки. Из уравнения  (3-4) получим время разгонадо установившейся скорости

Момент инерции, при пуске нагруженного двигателя, равен приведенному моменту инерции, так как двигатель  нагружен механизмом.

.                                           (3-6)

Время торможения и изменения скорости электропривода

Разгон двигателя от скорости  до

         Разгон двигателя от скорости  до  по действием динамического момента, =   развиваемого двигателем, происходит за время , которое получим из уравнения  (3-4),

= .                                             (3-7)

Свободный выбег

        Свободный выбег  это время, через которое останавливается электропривод после отключения от сети. Движение электропривода происходит только под действием статического момента, так электромагнитный момент двигателя= 0. Воспользуемся уравнением   (3-4) для определения времени свободного выбега:

                                      (3-8)

        Время торможения электропривода               

        Время свободного выбега за счет торможения статическим моментом бывает очень большим и часто не удовлетворяет требованиям электропривода и исполнительного механизма. Поэтому применяют различные способы электрического и механического торможения. Созданный тормозной момент ускоряет остановку привода.

       Статический момент может быть как тормозным и движущим. Это нужно учитывать при определении динамического момента.

Для данного случая статистический момент является тормозным. Время полной остановки определяется из уравнения (3-4).

 

.                                       (3-9)

Время изменения скорости электропривода

         Рассмотрим изменение скорости двигателя от  до  при линейном законе изменения динамического момента во времени.

         Если двигатель работает на линейном участке, а механическая характеристика и нагрузка на валу двигателя изменяется по линейному закону, то динамический момент будет линейной функцией скорости.

В этом случае конечная скорость   достигается через время

=

=

 Получим время, через которое изменяется скорость  двигателя от значения  до :

                               (3-10)

 

Путь рабочего органа за время пуска и торможения

          Для некоторых электрических приводов бывает необходимо определить угловой путь, который проходит точка рабочего органа за время пуска или торможения. При жесткой связи электродвигателя (ЭД) с рабочим органом этот путь будет пропорционален углу поворота вала ЭД. Путь за бесконечно малый промежуток времени определяется выражением:

Проинтегрировав получим:

                                           (3-11)

По этой формуле можно найти угол поворота вала ЭД при разгоне или торможении. И затем, зная передаточное отношение рассчитать угол поворота.