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

63 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.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65991. Антикризисная политика Германии 43.5 KB
  Падение производства составило несколько процентов в том числе и в Германии. Для борьбы с кризисом 2008 года правительство Германии разработало пакет антикризисных мер которые решено было направить на развитие образования и экологических технологий.
65992. ВТО – вступление России: плюсы и минусы для обычного человека 20.44 KB
  ВТО вступление России: плюсы и минусы для обычного человека. Россия вступает во Всемирную Торговую Организацию ВТО: это можно сказать свершившийся факт. Между тем для обывателей ВТО это явление вроде важно а чем именно неясно.
65993. ДЕНЕЖНЫЙ РЫНОК И РЫНОК КАПИТАЛОВ РФ 15.69 KB
  Денежный рынок — составная часть финансового рынка, структура, в которую входит предоставление и получение краткосрочных (как правило, до года) кредитов. Такие кредиты берутся для поддержания ликвидности, то есть возможности организаций...
65994. Способы и формы приватизации 34.28 KB
  О приватизации государственного и муниципального имущества под приватизацией государственного и муниципального имущества понимается возмездное отчуждение имущества находящегося в собственности России далее федеральное имущество субъектов России муниципальных образований в собственность физических и или юр.
65995. Эволюция финансовой системы России с царских времен. Проблемы финансовой системы РФ 52.64 KB
  В Древнерусском государстве при реализации финансового хозяйства Законодательство устанавливало в качестве органа осуществляющего функции денежного контроля князя. При этом как следует из исторических документов организация самоуправления и система...
65996. Бюджетный дефицит, его виды 81.16 KB
  Бюджетный дефицит это сумма на которую ежегодные расходы бюджета превосходят его доходы. Бюджетный дефицит и государственный долг тесно взаимосвязаны. Ежегодный дефицит может покрываться либо за счет роста государственного долга либо путем эмиссии денег.
65997. Внешний долг зарубежных стран (Франция, Германия, США, Франция, Япония, Англия) 199.44 KB
  По состоянию на 31 декабря 2009 года внешний долг США брутто составлял 13 триллионов долларов. По состоянию на 16 января 2011 года, долг составил 14 триллионов долларов. По состоянию на 30 декабря 2011 года, долг составил 15 триллионов долларов...
65998. Система инвестиционных рейтингов 23.12 KB
  Появление в России вместо одного и единственного инвестора государства множества самостоятельных хозяйствующих субъектов и потенциальных инвесторов а также приход на российский рынок иностранных инвесторов обусловили потребность в оценках инвестиционной привлекательности регионов России.
65999. Глобализация финансов 37.71 KB
  Глобализация - это процесс всевозрастающего воздействия различных факторов международного значения (например, тесных экономических и политических связей, культурного и информационного обмена) на социальную действительность в отдельных странах.