Lektsii_El_privod

переходных режимах.

1.3. Анализ уравнения движения электропривода

Момент, развиваемый электрическим двигателем , идет на

преодоление момента сопротивления машины и на изменение запаса кинетической энергии системы двигатель-рабочая машина. Это изменение носит название динамического момента. По значению он равен разности моментов двигателя и рабочей машины. Как следует из анализа правой части выражений (1.10) и (1.11), динамический момент двигателя складывается из двух составляющих.

d

Первая составляющая J dt связана с изменением частоты вращения,

вторая составляющая

- с изменением момента инерции в зависимости от угла поворота ,

времени t или пути L.

В большинстве рабочих машин значения момента инерции J и массы m

постоянны или мало изменяются. Этим изменением можно пренебречь и принять J и m постоянными. Тогда

Знак динамического момента влияет на характер движения электропривода. При анализе этих выражений возможны несколько случаев.

динамической моменте движение будет ускоренным, двигатель с рабочей машиной будут разгоняться.

движение замедляется, и двигатель с рабочей машиной будет тормозиться.

Третий случай. МД - МС = 0, то есть МД = МС тогда dvdt 0

(движение с установившейся частотой вращения).

1.4.Приведение моментов и усилий сопротивления к одной частоте вращения

Рабочие машины очень часто приводятся в движение электрическими двигателями через редукторы или клиноременные передачи.

Кинематическая схема подобных передач представлена на рис.1.1, откуда видно, что части механизма вращаются с различными частотами вращения.

Из курса теоретической механики известно, что на каждой оси (рабочей машины, редуктора, электродвигателя) действуют свои моменты,

значения которых зависят от угловой частоты вращения. Характер изменения моментов и скорости определяется из системы дифференциальных уравнений, составленной для каждой скорости (оси).

При одноступенчатом редукторе система состоит из двух уравнений, при двухступенчатом - из трех и т.д.

Рис.1.1. Кинематическая схема электропривода лебедки.

Решение подобных систем дифференциальных уравнений связано с определенными трудностями. Задача упрощается, если выполнить приведение (или перерасчет) моментов и усилий к одной частоте вращения, одному валу: двигателя или рабочей машины.

В расчетах переходных процессов и установившихся режимов электрического двигателя нас интересуют моменты на его валу,

поэтому моменты и усилия приводятся к частоте вращения этого двигателя [7].

Условием приведения является равенство мощностей на валу двигателя реальной и условной, или приведенной кинематических схем.

В реальной схеме мощность на валу рабочей машины

на валу двигателя

Мощность на валу двигателя в приведенной схеме

Согласно условию приведения моментов левые части двух последних уравнений равны, следовательно, равны и правые:

Мс д Мм м р

отсюда

где - передаточное отношение редуктора,

Для поступательного движения получено аналогично:

Выражения (1.17...1.19) получены для двигательного режима работы,

когда электрическая энергия преобразуется в механическую и передается рабочей машине. В тормозном режиме электродвигателя направление движения энергии меняется. Механическая энергия от рабочей машины передается к электродвигателю, который

преобразует ее в электрическую.

Мощность на валу электродвигателя

В этом случае выражения (1.17...1.19) будут иметь вид:

Если редуктор состоит из n ступеней, то передаточное отношение и КПД его:

и Р 1 2 ... n

Как отмечалось, в сельскохозяйственном производстве в основном работают тихоходные рабочие машины, для которых необходимы понижающие редукторы. Поэтому по значению приведенные моменты будут меньше реальных. Но, например, у молочных сепараторов установлен повышающий редуктор с iР 1, поэтому его приведенный момент сопротивления окажется больше момента барабана сепаратора.

1.5. Приведение моментов инерции и масс к одной частоте

вращения

При использовании уравнения движения электропривода необходимо знать общий приведенный момент инерции, действующий в системе электропривод - рабочая машина. В расчетах учитывают моменты инерции,

создаваемые движущимися частями электропривода (якорем, ротором,

редуктором, муфтой и т . д . ) и рабочими органами машины. Кроме того,

необходимо учесть инерционные свойства объекта, на который воздействует рабочий орган машины: вода в насосе, зерно в нории и т.д. Инерция каждого из рассмотренных отдельных элементов опреде-

ляет кинетическую энергию, которая затрачивается на изменение частоты вращения [4,7].

Приведение моментов инерции к одной частоте вращения осуществляется на основании равенства запасов кинетической энергии реальной и условной (приведенной) систем. Запас кинетической энергии реальной системы с редуктором, имеющим n ступеней (рис.1.1):

В соответствии с условием приведения левые части выражений (1.24) и (1.25)

равны, следовательно, равны и правые:

Разделим левую и правую части на ДВ2

2

который рекомендуется принимать равным 0,1...0,3 от момента инерции двигателя. Таким образом, окончательно:

При поступательном движении (ленточных конвейеров, бункерных

кормораздатчиков, кресла оператора доильной установки )

Ä

где m - масса поступательно движущихся частей рабочей машины и транспортируемого объекта (зерна, сена, навоза). Из выражений (1.27) и (1.28) видим, что значение приведенного момента инерции определяется передаточным отношением редуктора. В большинстве рабочих машин сельскохозяйственного производства редукторы понижающие и i >1,

следовательно, приведенный суммарный момент будет одного порядка с моментом инерции двигателя. Для молочных сепараторов i < 1, поэтому суммарный приведенный момент инерции оказывается значительно больше момента инерции двигателя.

1.6. Механические характеристики производственных

механизмов

Одним из основных вопросов, решаемых конструктором при проектировании электропривода, является расчет и выбор мощности электродвигателя. Полную картину о рабочей машине дают приводные характеристики, в том числе и механическая [16].

Механическая характеристика производственного механизма представляет собой зависимость частоты вращения или поступательной скорости VМ от момента сопротивления на валу МС

Механические характеристики используются при анализе переходных процессов, качества регулирования частоты вращения, определении возможности пуска и устойчивой работы двигателя, для построения нагрузочных диаграмм.

Характер изменения момента сопротивления от частоты вращения зависит от вида производственного механизма:

где МС - момент сопротивления рабочей машины, соответствующий угловой скорости ; МО - момент, не зависящий от частоты вращения; МСН

- момент, соответствующий номинальной частоте вращения Н ; х - показа-

тель степени, характеризующий изменение момента в зависимости от частоты вращения.

Значения моментов МО, М СН в уравнении механической харак-

Рис.1.2. Механические характеристики рабочих машин:

1- конвейера; 2 -зерновой нории; 3 – генератора постоянного

2- тока; 4 – центробежного вентилятора.

теристики для каждой рабочей машины имеют свои значения. Показатель степени х теоретически может изменяться от минус бесконечности до плюс бесконечности. Для реальных механизмов производства значение х имеет вполне определенное значение. Рассмотрим уравнение механических характеристик некоторых машин, применяемых в сельскохозяйственном производстве (рис.1.2):

1) х = 0.

В этой случае

МС = МО + (МСН - МО) / Í 0 = МСН + МО - МО = МСН.

Момент сопротивления рабочей машины не зависит от частоты вращения и остается постоянный. Подобные характеристики имеют подъемно-транспортные механизмы: лебедки, лифты, транспортеры и т.д.

На рис 1.3 приведена механическая характеристика для х = 0

навозоуборочного транспортера.

2) х =1.

В этом случае

МС = МО + (МСН - МО) / Н 1 = МО - К1 ,

где К1 = ( МСН - МО) Н .

Следовательно, момент на валу рабочей машины линейно

меняется от частоты вращения. Подобные характеристики свойственны генератору постоянного тока, работающему на постоянное

сопротивление.

3) х = 3.

Выражение (1.29) перепишем в следующем виде:

МС = МО + К2 2 ,

где К2 = ( МСН - МО) Н .

Такой вид характеристики имеют: центробежные вентилятор и насос,

сепаратор, молотильный барабан и т.д. При х = 2 характеристику называют вентиляторной.

3) х = -1

Выражение механической характеристики

М = МО + К3 / 2 ,

где К3 = ( МСН - МО) Н

Подобные характеристики имеют металлорежущие станки

(токарные, расточные, фрезерные) и зерновые нории под нагрузкой.

1.7. Мощность на валу рабочей машины