4. Переходные процессы в электро-

ПРИВОДЕ

4.1. Общие сведения о переходных процессах

Переходные процессы в электроприводе происходят при пе-

110

реходе из одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, ток, момент, температура двигателя. В переходном режиме величины, характеризующие работу привода, непрерывно меняются.

Переходные процессы возникают в любой системе элект-

ропривода при его пуске, торможении, реверсировании и регулировании скорости, изменении нагрузки на рабочем органе, колебании напряжения или частоты питающей сети, то есть под воздействием внешнего возмущающего фактора. Реакция привода на возмущающее воздействие составляет существо переходных процессов.

Неучет переходных процессов может пагубно сказаться на правильности выбора мощности электродвигателя, производительности и надежности рабочего механизма, соблюдении требований технологического режима. Большинство рабочих машин к электроприводу предъявляют различные и часто весьма жесткие требования в отношении заданного характера переходного процесса. Поэтому знание физической сущности переходных процессов, законов изменения величин, характе-ризующих работу привода, является основной задачей этой части курса.

Причиной переходных процессов в электроприводах является механическая, электромагнитная и тепловая инерциионность. В движущихся частях накапливается кинетическая энергия, в упругих элементах – потенциальная, в индуктивностях – электромагнитная, в массе двигателя - тепловая. Отсутствие инерционностей исключило бы протекание переходных процессов. При скачкообразном возмущающем воздействии происходил бы мгновенное изменение скорости, момента двигателя, тока и других величин.

В зависимости от вида энергии, обуславливающей переходные процессы, различают механические, электромагнитные и тепловые процессы.

4.1.1. Время ускорения и замедления привода

Время переходных режимов привода: пуска, торможения,

111

перехода от одной скорости к другой влияет на производи- тель ность механизма. Определение времени переходных процессов основано на интегрировании уравне­ния движения привода (2.1). Разделяя переменные, полу­чаем

dt = J dω/(M – M_c).

Время, необходимое для изменения скорости привода ОТ ω₁

ДО ω₂,

t_1,2 = . (4.1)

Для решения этого интеграла необходимо знать зави­симости моментов двигателя и механизма от скорости. В простейшем случае, приняв М = соnst, М_с = соnзt и J = соnзt, получим:

t_1,2 = J(ω₂ – ω₁)/(M – M_c).

Этим уравнением можно воспользоваться, например, для расчета времени пуска привода. Если значение момента двигателя во время пуска обозначить через М_н, как это показано на рис.4.1, то получим следующее выражение для времени пуска от состояния покоя до конечной ско­рости ω_ном, соответствующей заданному моменту сопро­тивления:

t_п = Jω_ном/(M_н – M_c).

Если требуется точно учесть время переходного про­цесса и момент двигателя не может быть принят постоян­ным, например при пуске двигателя с короткозамкнутым ротором, необходимо пользоваться (4.1). При этом следует иметь в виду, что момент инерции для большинства приводов имеет постоянное значение, а момент двигателя и момент сопротивления в переходных режимах обычно не остаются постоянными.

Из (4.1) видно, что теоретически полное время пере­ходного процесса равно бесконечности. Действительно, поскольку переходный процесс заканчивается при наступле­нии равенства моментов (М = М_с), то величина, стоящая под знаком интеграла, стремится к бесконечности.

В

М_п

ω_ном

практических расчетах обычно считают, что процесс раз-

бега заканчивается при скорости, равной не ω₂, а приблизи-­

112

тельно ω = 0,95ω₂, тогда время разбега получит конечное значение.

п

t_п

t_т

Рис. 4.1. Графики пуска и торможения привода

В тех случаях, когда динамический момент имеет отри­цательное значение, привод замедляется. Как указывалось выше, для такого случая уравнение моментов будет иметь вид:

– М – М_с =J .

Очевидно, привод замедляется и в том случае, когда двигатель развивает положительный момент по абсолют­ному значению, меньший момента сопротивления.

Полагая в частном случае J — соnst., М — соnst и M_с= const, получаем:

t_т = J(ω₁ – ω₂)/ (M + M_c).

Пользуясь этим выражением, можно рассчитать время

торможения (ω₂=0, ω₁ = ω_ном) (рис. 4.1)

Если момент двигателя и момент статический находятся в сложной зависимости от скорости, уравнение движения аналитически не решается. В этом случае приходится поль-

113

зоваться приближенными графическими или графо­анали-тическими методами решения.