2. Взаимодействие моментов в электромеханической системе. Уравнение движения электропривода
Изменение нагрузки на валу электропривода вызывает изменение угловой скорости электропривода, а, следовательно, изменение режимов работы электромеханической системы.
Для анализа этих режимов используют уравнение движения (уравнение моментов), которое выводится, рассмотрев баланс системы электродвигатель – рабочая машина.
Уравнение баланса мощностей такой системы:
,
где
- мощность,
развиваемая электродвигателем
- мощность,
создаваемая на валу рабочей машины
- динамическая
мощность, характеризующая изменение
кинетической энергии системы
Таким образом, можно представить как производную от кинетической энергии по времени:
,
где
- момент инерции
= const
- угловая скорость
(рад/сек)
Продифференцировав это выражение, получим (т.к. =const):
а, следовательно:
.
А так как
,
то запишем это уравнение в виде:
- сократив обе
части уравнения на
,
получим:
,
а т.к.
- угловое ускорение, то из полученного
уравнения делаем вывод:
Если
,
следовательно
- двигатель ускоряется.
Если
,
следовательно
- двигатель тормозится.
Если
,
следовательно
- двигатель работает.
Следовательно, в
установившемся режиме работы
с постоянной скоростью в установившемся
режиме (т.к.
).
3. Статические и электромагнитные моменты в электроприводе. Понятие о механических характеристиках электропривода
Основное назначение
электродвигателя – преобразование
электрической энергии в механическую.
Эта энергия передается через вал
исполнительному механизму. В установившемся
режиме (
)
моменты двигателя (
)
и статический момент нагрузки (
)
равны.
Момент статический ( ) зависит от механических свойств механизма. Он может быть как постоянным (активным), не зависящим от скорости ( ), так и переменным (реактивным), в той или иной степени зависящей от нее.
Примеры механических характеристик исполнительных механизмов:
а) |
б) |
в) |
В свою очередь
момент электродвигателя, создаваемый
взаимодействием магнитного потока и
тока в его обмотках, изменяется с
изменением значения скорости ротора
.
В той же системе
координат, что и механическая характеристика
исполнительного механизма (или
),
где:
- скорость вращения ротора в об/мин
- скорость вращения ротора (угловая частота вращения) в рад/сек
(рад/сек)
(об/мин) или
(рад/сек)
Механические характеристики электродвигателей имеют вид:
а) переменного тока
|
б) переменного тока
|
Механические характеристики подразделяются на естественные и искусственные.
Естественная механическая характеристика получается при подключении электродвигателя к сети, соответствующей номинальным значениям напряжения и частоты без дополнительных изменений в цепях статора и ротора.
Искусственная характеристика получается при изменении какого-либо параметра двигателя или питающей сети.
Основные величины, определяющие механическую характеристику:
1. Пусковой момент
[при
(или
)]
2. Наибольший момент
:
- для двигателей
переменного тока
- для двигателей
постоянного тока
3. Скорость идеального
холостого хода
(пограничная частота вращения
)
при
Величина наклона
механической характеристики характеризуется
жесткостью механической характеристики
.
В зависимости от степени жесткости механические характеристики разделяются на три вида:
1. абсолютно жесткая механическая характеристика;
2. жесткая механическая характеристика;
3. мягкая механическая характеристика.
4. Переходные процессы в электроприводе
Переходные процессы в электроприводе включают в себя:
пуск;
торможение (динамическое, генераторное, торможение противовключением);
реверс;
регулирование оборотов;
наброс нагрузки.
4.1. Переходные процессы в электроприводе постоянного тока
4.1.1. Переходные процессы в электроприводе постоянного тока с двигателем независимого или параллельного возбуждения
1) Схема электродвигателя. Механические характеристики
-
а) схема электродвигателя с независимым возбуждением
б) схема электродвигателя с параллельным возбуждением
Несмотря на то, что схемы этих электродвигателей различны, они имеют одинаковую механическую характеристику и переходные процессы в них проходят одинаково.
Механическая характеристика этих двигателей имеет вид:
