2

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»

Кафедра Электропривода и автоматизации

А.В. Григорьев

Исследование динамических свойств механической части электропривода

Рекомендовано для использования в учебном процессе

по курсу «Теория электропривода»

учебно-методической комиссией специальности 140604 «Электропривод

И автоматика промышленных установок и технологических комплексов»

Кемерово 2011

Рецензия

Рецензенты: 

Семыкина И.Ю., доцент кафедры электропривода и автоматизации

 

Завьялов В.М., председатель УМК специальности 140604 «Электропривод и автоматика

промышленных установок и технологических комплексов»

 

Григорьев Александр Васильевич. Исследование динамических свойств механической части электропривода: метод. указания для лабораторных работ по дисциплине «Теория электропривода» [Электронный ресурс]: для студентов специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» / А.В. Григорьев - Электрон. дан. - Кемерово: КузГТУ, 2011. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); зв.; цв.; 12 см. - систем. требования: Процессор Intel или AMD 500 МГц, ОЗУ 128 Мб; (CD-ROM - дисковод); мышь. - Загл. с экрана.

  

Учебное электронное издание предназначено для использования в лабораторном практикуме по курсу «Теория электропривода». В данных методических указаниях приведены основные сведения для расчета, моделирования и анализа динамических процессов, происходящих в механической подсистеме электропривода. Приводятся модели и структурные схемы механической подсистемы и соотношения для расчета параметров механической подсистемы. Издание будет полезно студентам специальности 140604 и инженерам-электроприводчикам.

Содержание

1. Цель и задачи работы

Цель работы: изучение динамических свойств механической части электропривода на модели в среде визуального программирования SCICOS.

Задачи работы:

1. Получить навыки моделирования механических систем при помощи средств вычислительной техники.

2. Получить практические навыки расчета параметров моделей механических систем на основе данных о размерах и материалах деталей.

3. Научиться составлять схемы замещения механических подсистем.

4. Изучить влияние параметров механической части электропривода на динамические свойства электропривода в целом.

2. Теоретические сведения

Электропривод (рис. 1) состоит из: механического передаточного устройства (МПУ), электродвигательного устройства (ЭДУ), регулируемого электрического преобразовательного устройства (РЭПУ), системы управления электроприводом (СУЭП). Дисциплина «Теория электропривода» охватывает две подсистемы электропривода (МПУ и ЭДУ), одну из которых рассматривает данная лабораторная работа.

МПУ представляет собой устройство, необходимое для преобразования механической энергии с определенными параметрами в механическую энергию с другими параметрами. В качестве параметров механической энергии в электроприводе, обычно, подразумеваются момент силы и круговая частота вращения. Входным, или управляющим, воздействием в механической подсистеме будем считать электромагнитный момент, создаваемый ЭДУ (M), выходным – круговую частоту вращения входного элемента МПУ (ω₁).

Рис. 1. Состав электропривода

Для моделирования механической подсистемы на компьютере в среде SCICOS пакета прикладных программ SCICOSLab необходимо выполнить следующую последовательность действий:

1. Составить схему замещения МПУ на основе кинематической схемы и параметров элементов.

2. Упростить схему замещения МПУ, если это возможно, а также рассчитать параметры элементов упрощенной схемы замещения.

3. Составить систему дифференциальных уравнений, описывающую упрошенную схему замещения МПУ.

4. Составить модель МПУ в виде структурной схемы в среде SCICOS.

5. Произвести моделирование переходных процессов при изменении параметров МПУ (в образовательных целях).

Для составления схемы замещения потребуется кинематическая схема МПУ (см. рис. 2). Параметры элементов МПУ электропривода вращения бурового станка БГА-2М представлены в табл. 1. Передаточные числа МПУ на рис. 2: i₂₃ = 5, i₄₅ = 4. На схеме замещения все элементы показываются в виде прямоугольников с площадью, соответствующей приведенным моментам инерции (рис. 3).

Таблица 1 – Параметры элементов МПУ электропривода вращения

бурового станка БГА-2М

Индекс i	Коэффициент жесткости ci, Н*м*рад-1	Коэффициент внутреннего трения βi, Н*м*с*рад-1	Момент инерции Ji, кг/м2	Приведенный момент инерции Ji’, кг/м2
1	811250	532	0,177	0,177
2	1000000	100	0,0035	0,0035
3	782980	127	0,19791	0,0079
4	1000000	100	0,00575	0,00023
5	248270	200	0,5732	0,0014
6	1000000	100	0,12	0,0003
7	-	-	0,405	0,0010

Рис. 2. Кинематическая схема МПУ электропривода вращения бурового станка БГА-2М

Приведение моментов инерции элементов МПУ электропривода вращения бурового станка БГА-2М к частоте вращения вала ЭДУ выполняется по следующим выражениям: J₂’= J₂, J₃’ = J₃/i₂₃², J₄’= J₄/i₂₃², J₅”= J₅/(i₂₃² i₄₅²), J₆”= J₆/(i₂₃² i₄₅²), J₇”= J₇/(i₂₃² i₄₅²).

Рис. 3. Точная и упрощенная схемы замещения МПУ электропривода

вращения бурового станка БГА-2М

По точной схеме замещения составляется упрощенная схема замещения. В данном случае, рассмотрев значения приведенных моментов инерции в табл. 1, можно сделать заключение, что МПУ достаточно точно описывается моделью двухмассовой механической системы.

Математическая модель двухмассовой механической системы выглядит следующим образом:

где ω₁, ω₂ – круговые частоты вращения первой и второй массы; φ₁, φ₂ – углы поворота первой и второй массы; c, β – коэффициенты жесткости и вязкого трения; J₁, J₂ – моменты инерции первой и второй массы; M, M_c – электромагнитный момент и момент сопротивления нагрузки.

Для получения коэффициента жесткости и коэффициента вязкости упрощенной схемы замещения МПУ необходимо привести коэффициенты жесткости и коэффициенты вязкости элементов МПУ к частоте вращения вала ЭДУ по следующим формулам: c₁’= c₁, c₃’ = c₃/i₂₃², c₅”= c₅/(i₂₃² i₄₅²), c₆”= c₆/(i₂₃² i₄₅²), β₁’= β ₁, β ₃’ = β ₃/i₂₃², β ₅”= β ₅/(i₂₃² i₄₅²), β ₆”= β ₆/(i₂₃² i₄₅²).

Коэффициент жесткости упрощенной схемы замещения МПУ на рис. 3 находится по следующей формуле:

.

Коэффициент вязкого трения упрощенной схемы замещения МПУ при этом определяется следующим образом:

.