1. Определение понятия «электропривод» (ЭП). Функциональная схема ЭП в наиболее развитом виде. Назначение элементов схемы.

2. Кинематические схемы ЭП. Пример конкретной кинематической схе­мы. Суммарные передаточное число и радиус приведения. Расчетная механическая схема и ее отличие от кинематической.

3. Приведение к выбранному элементу кинематической схемы масс, моментов инерции, сил и моментов сил, угловых и линейных перемещений, жесткостей упругих связей остальных элементов. Суммарные момент инерции и момент сопротивления ЭП. Результирующая жесткость связи между основными массами.

4. Виды ЭП по направлению и характеру движения РО. Активные и реактивные нагрузки: определения, классификация и характеристики. Консервативные силы и моменты сил.

5. Группы рабочих машин. Механические характеристики машин, момент которых является функцией скорости.

I. Рабочие машины, нагрузка которых не зависит от скорости РО (n=0) (подъемные краны, лифты, бумагоделательные машины).

II. Механизмы нагрузка, которых является функцией скорости РО:

а) n=1 (механизмы, нагрузка которых обусловлена силами и моментами жидкостного трения, генераторы постоянного тока НВ, работающие на постоянное внешнее сопротивление)

б) 1<n<3 (вентиляторы, центробежные насосы, компрессоры, гребные установки)

в) n=-1 (моталки, разматыватели, некоторые прокатные станы, металлорежущие станки)

n – степень зависимости момента от скорости

III. Механизмы нагрузка, которых является функцией пути РО (поршневые насосы, прессы, ножницы, подъемники без уравновешивающих канатов)

IV. Механизмы нагрузка, которых является функцией скорости и пути (рулевые устройства судов, машины электрического транспорта, разводные мосты)

V. Механизмы нагрузка, которых является случайной функцией времени (дефибреры, шаровые мельницы, буровые установки)

6. Механические системы с нелинейными кинематическими связями. Примеры нелинейных механических преобразователей в ЭП. Вывод уравнений жесткого приведенного механического звена для случаев зависимости движущейся массы: а) от времени, б) от пути.

7. Режимы работы, характеристики и ограничения в ЭП. Статическая и динамическая жесткость механических характеристик ЭД и ЭП.

По зависимости от времени выходной переменной режимы работы ЭП делятся на статические (постоянство переменной) и динамические (из­менение переменной во времени). Последние по виду изменения перемен­ной подразделяются на две группы:

-переходные процессы (переход переменной от одного уровня к другому);-установившиеся динамические режимы (периодическое изменение переменной).Динамические режимы возникают вследствие скачкообразного или плавного изменения во времени управляющих или возмущающих .воздейст­вий, а иногда тех и других одновременно. Управляющим называется сознательное воздействие на ЭП с целью изменения уровня выходной переменной. Процессы пуска, торможения. реверсирования ЭП - это примеры переходных процессов, обусловленных изменением управляющего воздействия. Возмущающими называются воз­действия, обусловленные внешними факторами (случайные изменения вы­ходных переменных источника питания, нагрузки на валу, температуры окружающей среды и др.).Зависимость со = f(M) (или V = f(F)) называется механической характе­ристикой ЭД (ЭП). Различают статические и динамические механиче­ские характеристики. В каждой точке статической характеристики ЭД мо­жет работать весьма долго, а переход из одной точки в другую происхо­дит с ускорением, стремящимся к нулю. Динамическая характеристика,

называемая иначе фазовой траекторией, получается из кривых м/и и Mfu путем исключения времени

Статические характеристики могут быть линейными и нелинейными. Параметром, характеризующим наклон характеристики в рассматриваемой точке, является статическая жесткость

Жесткость линейных характеристик может меняться в широких пределах от 0 до + да (рис. 1.3), являясь постоянной для каждой характе­ристики. Динамическая жесткость - это передаточная функция ЭМП в опера­торной форме, где входом является w(p) или V(p), а выходом - - М(р) или F(p). При вращательном движении.

Заметим, что статическая жесткость - это частный случай динамиче­ской жесткости при безынерционном ЭМП. Основные режимы работы ЭД со стороны электрического вхо­да - двигательный (потребления электроэнергии) и генераторный (произ­водства электроэнергии). Преобразование электрической мощности Рэл в механическую (Рмех=Мw или Рмех = FV) и обратно сопровождается потерями мощности АР в ЭЭЧ и МЧ. По направлению потоков мощности и взаимодействию ЭП с источником электроэнергии выделяют три основных генераторных (тормозных) режима (рис. 1.4):

рекуперативный (отдача энергии источнику);

противовключение (работа генератором последовательно с источни­ком на сопротивление силовой цепи);

динамическое торможение (работа генератором на сопротивление силовой цепи при отключенном источнике питания ЭЭЧ).

Помимо основных встречаются и другие электрические тормозные режимы (рекуперативно-динамического торможения и др.) Иногда вместо электрического применяется механическое торможение (например, посред­ством электромагнитного тормоза). Частный случай механического тормо­жения отключенного ЭП под действием механических потерь в нем полу­чил название выбега .

Работа ЭП происходит в условиях реальных ограничений механиче­ских и электрических переменных. Ограничения по перемещениям обуслов­лены конечной длиной рабочего участка траектории движения РО (напри­мер, высотой шахты лифта). Скорость регулируемого ЭП чаше всего огра­ничивается требованиями технологического процесса. При этом максималь­ная скорость ЭД лимитируется механической прочностью ротора, нормаль­ными условиями работы подшипников, допустимым уровнем напряжения на обмотках, обусловленным ЭДС вращения, а также условиями коммута­ции и устойчивой работы коллекторных ЭД.

Ограничение ускорений достигается ограничением передаваемых в МЧ моментов (сил), а значит, и токов в обмотках ЭД. Уровень ограничения кратковременных (от долей до нескольких секунд) максимальных моментов коллекторных ЭД определяется допустимым искрением в щеточно-коллекторном узле, зависящим от тока якоря У питающихся от сечи асин­хронных и синхронных ЭД максимальный момент ограничивается значени­ем при нижнем допустимом уровне сетевого напряжения.

Срок службы двигателя и преобразователя определяет ограничение по нагреву. Степень нагрева определяется зависящей от нагрузки мощностью тепловых потерь, видом вентиляции и временем работы. Максимальная температура нагрева не должна превышать допустимой для данного класса изоляции Указываемый в паспортных данных ЭД и II номинальный ток определяет допустимый уровень нагрева в номинальном режиме работы

Лимитируемыми переменными часто являются производные тока di/dt и (или) напряжения dU/dt. Превышение ими допустимых значений приво­дит к выходу из строя силовых полупроводниковых элементов (тири­сторов, транзисторов, диодов и др) преобразователей и недопустимому ухудшению коммутации коллекторных машин

8. Нахождение зависимостей M(t), M_c(t) и ω(t) при графическом задании характеристик ω(М) и ω(М_с). Определение наивыгоднейшего передаточного числа.

9. Регулируемые координаты ЭП. Показатели регулирования переменных в ЭП.

10. Динамика двухмассовой упругой механической системы. Математическое описание, структурная схема с кинематическим зазором, зависимости ω₁(t), ω ₂(t) и M_у(t) при пуске системы с М = const, М_с = const, b_c = b_p= 0 и полным начальным зазором.

В соответствии с расчетной схемой (рис. 2.6) составим систему урав­нений динамики в операторной форме, полагая, что на первую массу дей­ствует только внешний электромагнитный момент ЭД М = const, а на вто­рую массу - суммарный момент нагрузки, включающий активную состав­ляющую М_са, составляющие сухого М_сс и внешнего вязкого М_св трения.

На основании математического описания (2.41) получим структурную схему механической системы (рис. 2.31)

В зависимости от состояния зазора (открыт или выбран) в системе возможны 2 вида движения масс:

а) независимое под действием внешних воздействий;

С целью нахождения зависимостей w1(t) и w2(t) во втором случае (б) получим передаточные функции для скоростей по управляющему воздейст­вию, для чего произведем преобразование исходной структурной схемы. Передаточная функция интегратора 1/(J2p), охваченного отрицательной об­ратной связью с коэффициентом bc:

Перенесем выход обратной связи по w2 к левому сумматору момен­тов, а вход обратной связи по My, - к скорости w2 . Преобразованная схема принимает вид, показанный на рис 2.32.Передаточная функция верхнего замкнутого контура

Передаточная функция замкнутой системы

Для получения передаточной функции W_w1(p) перенесем вход обрат­ной связи по M_у к скорости w₂. Получаем схему, изображенную на рис.2.33. Передаточная функция внутреннего замкнутого контура