Механическая характеристика электродвигателя и производственного механизма

Механические характеристики изображают в виде графика в осях координат. Для удобства рассмотрения процессов, протекающих в электроприводе, считают одно из двух возможных направлений вращения двигателя за положительное. За положительное направление вращения электродвигателя принимают совпадающие с направления вращения часовой стрелки. Принимаю, что момент электродвигателя имеет тот же знак, что и угловая скорость, если их направления совпадают.

В системах электропривода основным режимом работы электромашины является двигательный. При этом момент сопротивления имеет тормозящий характер по отношению к движению ротора и действует навстречу момента двигателя. Поэтому принимают за положительное направление моменты сопротивления противоположенное положительному направлению момента двигателя.

Механика электропривода

Для совершения полезной работы исполнительный механизм машины получает механическую энергию от двигателя через передаточное устройство (ПУ).

Рабочий орган производственного механизма обычно потребляет механическую энергию. При этом механическая мощность направлена от двигателя к исполнительному механизму (ИМ).

Иногда производственный механизм является источником механической мощности, тогда передача мощности буде иметь противоположенное направление.

Механические мощности двигателя или рабочего органа для вращательного или поступательного движения определяются:

,

где: М – момент, Нм;

- угловая частота вращения, ;

F – сила, Н;

v – линейная скорость, м/с.

При передаче механической мощности от двигателя к производственному механизму возникают потери ее на трение ( ) в механических звеньях.

Потери мощности в механических звеньях определяется с помощью полного к.п.д. механической передачи ( ) от вала рабочего органа до вала электродвигателя.

Если известен к.п.д. передачи, то статическая мощность на валу двигателя определяется:

- при реактивной нагрузке;

- при реактивной нагрузке.

Передаточное устройство механической мощности передает и преобразует не только частоту вращения, но и момент. Приведение моментов сопротивления от одной оси вращения к другой может быть произведено на основании энергетического баланса системы. При этом потери мощности в промежуточных передачах учитываются введением в расчеты соответствующих к.п.д. ( ).

Для реактивной нагрузки:

На основании равенства мощностей получим:

; и ,

(1)

где: - момент сопротивления производственного механизма, Нм;

- момент сопротивления механизма, приведенного к валу двигателя.

Поделим правую и левую часть (1) на получим:

,

(2)

где: - передаточное отношение передаточного устройства (ПУ).

Для активной нагрузки:

	(3)
.	(4)

Рассмотрим энергетические процессы в движущихся массах электропривода: Количественный расчет энергетических процессов, обусловленных действием движущихся масс, производится с учетом их кинетической энергии.

Для поступательного движения:

,

где: m – масса тела, кг.

Для вращательного движения:

,

где: J – момент инерции, .

Мощность, которую вращающиеся массы потребляют при ускорении и отдают при торможении электропривода:

; - динамически момент электропривода.

Примечание: динамический момент возникает и действует только при ускорении или замедлении движения электропривода. За счет этого момента происходит изменение угловой частоты вращения.

Для упрощения рассмотрения процессов изменения частоты вращения и момента на валу двигателя необходимо момент инерции системы привести к одной и той же оси вращения. При этом следует исходить из равенства запасов кинетической энергии в действительной и эквивалентных схемах.

Приведение моментов инерции механических звеньев к валу двигателя заключается в том, что моменты инерции реальной системы заменяются одним эквивалентным моментом инерции на валу двигателя.

.

(*)

где: - эквивалентный момент инерции;

- момент инерции первого, второго и так далее звеньев реально передаточного устройства;

- момент инерции двигателя;

- игловые скорости двигателя, колес редуктора, исполнительного механизма.

Поделим (*) на , получим:

,

где: .

В результате приведения моментов инерции сложное действительная система заменяется более простой, где в движении участвует ротор (якорь) двигателя приведенное механическое звено производственного механизма, которое имеет одинаковую угловую частоту вращения ( ).

.

Во многих практических расчетах .