Понятие о статической жесткости механических характеристик

Жесткость механической характеристики – это степень изменения момента при изменении скорости: ;

для прямолинейных характеристик: .

может быть постоянной и переменной; положительной и отрицательной.

Существуют характеристики с = (для СД) – абсолютно жесткие характеристики и =0 (для подъемника) – абсолютно мягкие характеристики.

Понятие жесткости служит для определения устойчивости, а также для определения качественных показателей привода.

Аналитический метод определения устойчивости

Движение устойчиво, если в точке установившегося режима выполняется условие: или

Для большинства механизмов , поэтому условие устойчивости сводится к , т.е. механическая характеристика двигателя должна иметь отрицательную жесткость.

Приведение моментов статической нагрузки

При приведении моментов статической нагрузки (М_с) исходят из равенства мощности в эквивалентной и реальной схемах.

Приведение момента статической нагрузки выполняют двумя способами в зависимости от направления потока энергии в механической части.

1) Механическая энергия направляется от двигателя к механизму.

Р_дв>Р_рм на величину потерь, т.е. или .

Откуда , где i - передаточное число.

Этот случай имеет место, когда двигатель развивает движущий момент (почти во всех механизмах, в грузоподъемных механизмах этот случай имеет место при подъеме груза).

2) Механическая энергия направляется от механизма к двигателю.

Р_дв<Р_рм на величину потерь, т.е. или .

Откуда .

Этот случай имеет место, когда двигатель развивает тормозной момент (при спуске тяжелых грузов).

Приведение моментов инерции

При приведении исходят из равенства запасов кинетических энергий в действительной и эквивалентной схемах. Моменты инерции эквивалентной схемы можно записать: J=J_дв+J_м'

Условие равенства запасов кинетической энергии записывается:

.

Разделим обе части выражения на и получим .

Моментом инерции механизма пренебречь нельзя, так как он является самым большим в системе.

Если в системе имеется поступательно движущийся элемент, то его заменяют эквивалентным по запасу кинетической энергии элементом, находящимся во вращательном движении со скоростью вала к которому производится приведение.

А_поступ=А_вращ , т.е. откуда ,

где радиус приведения кинематической цепи.

Приведенный момент инерции системы может быть определен по формуле: .

Лекция 3. Электропривод постоянного тока

Широкое применение ДПТ получили благодаря хорошим регулировочным свойствам, большей по сравнению с машинами переменного тока перегрузочной способностью. Основными недостатками ДПТ являются: наличие коллектора, высокая стоимость, необходимость специального источника питания.

Схема включения ДПТ НВ

Работа электропривода с ДПТ описывается тремя законами электротехники:

1. Закон электромагнитной индукции: Е=k·Ф·;

2. Закон электромагнитных сил: М=k·Ф Iя;

3. Второй закон Кирхгофа: U_с=Е+I_я·R_ясум, где R_ясум=r_дп+r_я;

4. Второй закон Ньютона: .

Если М_с увеличивается, то скорость двигателя должна уменьшаться, тогда ЭДС двигателя будет уменьшаться, а ток якоря соответственно увеличиваться, а значит и электромагнитный момент увеличивается, т.е. в двигателе присутствует внутренняя отрицательная обратная связь.

Вывод электромеханической и механической характеристик ДПТ НВ:

Е= k·Ф· и U= E+I_я ·R_ясум  U= k·Ф·+I_я·R_ясум

Уравнение электромеханической характеристики имеет вид:

.

Если в последнее выражение вместо I_я подставить M/k·ф, то получим уравнение механической характеристики:

или

_о – скорость холостого хода; - перепад скоростей.

Характеристика имеет две характерные точки: точку холостого хода (М=0) и точку короткого замыкания (=0).

Тормозные режимы ДПТ НВ

Они предназначены:

1. для поддержания постоянства скорости при активном моменте нагрузки (спуск грузов и движение под уклон);

2. для удержания в неподвижном состоянии механизма, подверженного действию активного момента (грузоподъемные механизмы);

3. для уменьшения скорости движения механизма при остановке или изменении технологического режима;

4. аварийный останов электропривода.

Для значительного большинства механизмов торможение является более ответственным и сложным по сравнению с пуском. При отказе пускового устройства может иметь место простой механизма, а при отказе тормозного устройства во многих случаях возможна серьезная авария.

Существуют механические и электрические методы торможения.

Механическое торможение ненадежно, так как при его протекании возникают токи короткого замыкания, что плохо сказывается на двигателе. Достоинством механического торможения является отсутствие дополнительного источника питания.

Существуют три способа электрического торможения, во всех тормозных режимах двигатель работает как генератор, отличие состоит в том, как ЭДС генератора направлена относительно напряжения сети.

Режим осуществляется в том случае, когда скорость больше скорости _о и ЭДС двигателя направлена встречно с напряжением сети и по величине эта ЭДС больше чем напряжение сети, поэтому и ток меняет свое направление.

1. Торможение с отдачей энергии в сеть (рекуперативное торможение).

если Е>U

M=kФ·I_я<0 - тормозной момент (знак "-").

Переход в этот режим будет иметь место, когда со стороны исполнительного механизма на вал двигателя действует момент нагрузки совпадающий по направлению с моментом, развиваемым двигателем (этот режим наблюдается при опускании тяжелых грузов, когда двигатель включили на спуск).

Уравнение механической характеристики для этого режима:

Как видно уравнение осталось прежним, т.к. переход из двигательного режима в режим рекуперативного торможения произошел без изменения параметров двигателя.

Механические характеристики этого режима являются продолжением двигательного режима во II – квадрант.

Данный вид торможения не позволяет уменьшать скорость и не может быть использован для полной остановки. Его достоинством является экономия электроэнергии.

2. Торможение противовключение

Противовключением называется режим, при котором двигатель вращается за счет энергии расчетного механизма в сторону обратную действия момента, развиваемого двигателем.

В этом режиме ЭДС машины и напряжение сети действуют согласно, а ток протекающий в данном режиме имеет значительное значение.

В режиме противовключения возможны два случая:

• изменяется знак скорости, при сохранении знака момента,

• изменяется знак момента, при сохранении знака скорости.

Первый случай имеет место при действии активного момента статической нагрузки, причем М_с >М_кз

Уравнение механической характеристики имеет прежний вид.

Второй случай имеет место при перемене полярностей подводимого к якорю напряжения.

Ток в якоре изменит свое направл ение на противоположное и момент будет направлен в сторону противоположную скорости (будет тормозным). Процесс торможения будет протекать до полной остановки двигателя, затем двигатель разгонится в противоположную сторону.

Противовключение также называют реверсом. Реверсировать двигатель постоянного тока можно двумя способами:

1. Изменить полярность напряжения сети.

2. Изменить полярность напряжения на обмотке возбуждения.

Принято менять напряжение в якорной обмотке, хотя ток в якорной обмотке много больше, чем ток в обмотке возбуждения (Iя >>I овд). При I_овд  до0 , поток Ф  0, а скорость    . Режим носит называется «вразнос» и является недопустимым по условиям механической прочности обмотки и по условиям ухудшения коммутации. Кроме того, обмотка возбуждения имеет большее количество витков, т.к. является высокоомной и обладает большей индуктивностью, а индуктивность замедляет процесс установления магнитного потока. При быстром изменении потока в обмотке может индуцироваться ЭДС, большее чем номинальное напряжение, что может привести к пробою изоляции.

Во избежание режима «вразнос» существует следующий порядок включения ДПТ: сначала подают напряжение на обмотку возбуждения и только потом на якорь, выключают двигатель наоборот.

3. Динамическое торможение или режим автономного генератора, в этом режиме якорь отключается от сети и замыкается на резистор.

Машина в данном случае является генератором, работающим на активную нагрузку, механическая энергия поступающая с вала преобразуется в электрическую и выделяется в виде тепла в якорной обмотке. Обмотка возбуждения при этом остается подключенной к сети.

уравнение механической характеристики.

 уравнение электромеханической характеристики.

Динамическое торможение используется в качестве аварийного останова.

Изменяемыми параметрами ДПТ НВ могут быть R_яц, U и ф.