44672
Основы механики электропривода
Лекция
Физика
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
Русский
2014-03-28
35.44 KB
62 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;
- при , происходит замедление электропривода;
- 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.
