§ 3. Состав и функции электропривода

1 Силовой (энергетический) канал.

uс, Iс u, I M, ω Mм,ωм

С

ЭП

ЭМП

МП

РО

R

Р1

∆Рс ∆РЭ ∆РR ∆РЭМП ∆РМП ∆РРМ

Передача мощности Р от сети (Р1 )к рабочему органу (РО) машины мощности Р2 осуществляет в силовом канале, где неизбежна потери мощности ∆Р в каждом элементе.

Функция электропривода если он используется, состоит в преобразовании электрической энергии поставляемой сетью (С) и характеризуется uс , Ic требует для электромеханического преобразователя электрическую энергии характеризуется параметрами u и I .

Преобразователи бывают неуправляемые: трансформатор и выпрямитель, параметрический источник тока и управляемые: это мотор генераторы, управляемый выпрямитель. Преобразователь частоты они могут иметь одностороннюю и двух стороннюю проводимость.

Односторонний провод – неуправляемый выпрямитель.

Двухсторонний провод – мотор-генератор, управляемый выпрямитель с двумя комплектами тиристоров.

При односторонней проводимости и обратном направлении потока энергии от нагрузки используется дополнительный резистор R для удаления (слива) возврата энергии.

Электромеханический преобразователь – преобразовывает электрическую энергию (u и I) в механическую с параметрами (М и ω) и обратно.

Механический преобразователь передача, редуктор, система блоков и т.д. Осуществляет согласование момента М и скорости ω электромеханический преобразователь с моментом Мм и ωм , либо с усилием Fм рабочего органа технологических машин.

Величины, характеризующие преобразованную энергию (U , I,М,ω,F)- координаты электропривода.

Основная функция электрического привода состоит в управлением координатами т.е. в их принудительном направленном изменении в соответствии с требованиями обслуживающих технологических процессами.

Управление координатами должно осуществляться в пределах разрешенных конструкцией элементов электрического привода чем обеспечит надежность системы. Допустимые пределы обычно связанны с номинальными значениями координат определенными производителями используемого оборудования.

Правильно организованный система управления координат электрического привода должны минимизировать потери энергии ∆Р во всех элементах и к рабочему органу должна подводиться требуемая в данный момент мощность. Таким образом электрический привод – это система состоящая из электромеханических (обязательно), электрических, механических преобразователей и управлением информационной части осуществляющая управлением преобразования электрической энергии в механическую и обратно взаимно с системой электрического снабжения, рабочей машины и системы управления более высокого уровня.

§4. Механика электропривода

4.1 Уравнение движения.

4.1.1. Виды нагрузок.

П ростейший электрический привод – система из двигателя и нагрузки (рабочая машина).

Мс

Д в

Н. РМ.

М,ω

Требуемый для работы машины момент – статический (момент нагрузки) Мс.

Иногда задается не момент Мс , а мощность требуем Рс, причем мощность может быть задан функцией

Рс=f(n) (1) Pc=f(ω) (2) М

Момент развивающийся на валу двигателя Мдв, в том случае если нагрузка двигателя является сила сопротивления ее можно обозначить Fc при линейном перемещении.

Связь между моментом М и силой F определяется:

i - Передаточное число редуктора.

Д - диаметр колеса нагрузки.

- КПД (передачи).

Мощность развиваемая двигателем при вращательном движении определяется моментом на угловой скорости

n- обороты/мин или P = M* n/975, [кВт]

При прямолинейном движении механизма или рабочего органа , если есть скорость V (м/с) то,

Механическая или статическая характеристика нагрузки определяют нагрузочный момент в зависимости от скорости вращения вала. Общее выражение момента Мс = f(n) как функция, пригодная для расчетов имеет вид

Mo - момент трения или холостого хода.

Мн – номинальный момент машины, требуемый ею при номинальных оборотах n (обороты/мин).

q – показатель степени.

Для существования приводов рассмотрим четыре случая показателя.

А) q = -1

Момент обратно пропорциональный скорости

Такая характеристика присуща машинам имеющим большой момент начального трения .

М

0 η

Б) q = 0

Такими характеристиками обладают все подъемные машины, некоторые транспортные механизмы, металлорежущие, станки. Эта нагрузка называется крановой нагрузкой.

Мощность в таких машинах растет линейно со скоростью.

В) q = 1 ;

Момент растет линейно со скоростью, а мощность пропорциональна квадрату скорости. К таким машинам относят ленточные транспортёры, конвейеры, поршневые компрессоры.

Г) q = 2;

Момент пропорционален квадрату скорости, а мощность кубу. Такой нагрузкой обладают машины: насосы, вентиляторы, пропеллеры, винты центробежные и гребные.

4.2 Для формирования уравнения движения электропривода необходимо иметь представление о кинематике и динамике электропривода.

Кинематика электропривода определяет выбор наиболее благоприятного закона движения или скорости V = V*(t), определяющий оптимальный закон движения рабочего органа машины. Момент на валу двигателя определяется исходя из момента сопротивления , передаточное отношение редуктора и КПД.

, где i – передаточное отношение редуктора, η- КПД.

При вращательном движении рабочего орган переходные процессы в приводе определяются моментом энергии J или маховым моментом G-кг масса.

J - измеряется

для вращающихся масс размерности m(кг) момент инерции J определяется как , R – радиус вращения (см). Запас кинетической энергии вращающихся частей при угловой скорости ω (рад/с) определяется (кг*м) значение момента инерции для приводных двигателей обычно задается среди основных характеристик. Момент инерции связан только с вращающимися частями.