1. Механика электромеханической системы Кинематическая схема электропривода. Силы и моменты, действующие в системе электропривода

Электропривод кроме электрической части включает в себя и механическую часть, которая передает механическую энергию от двигателя к исполнительному механизму. Конструктивно механическая часть электропривода может быть выполнена различно. Тем не менее, она содержит определенные звенья с общими для различных электроприводов функциями. Структура механической части электропривода может быть представлена в виде изображенных на рисунке механических звеньев или элементов.

Двигатель является источником или потребителем механической энергии. При этом в механическую часть электропривода входит лишь движущийся элемент двигателя (ротор, якорь, вторичный элемент линейных двигателей), который обладает определенными массой (m) и моментом инерции (J) и при движении развивает движущий или тормозной момент (усилие). Непосредственное представление о движущихся массах установки электропривода и механических связях между ними дает кинематическая схема.

Кинематические схемы конкретных электроприводов бесконечно многообразны, однако обладают общими особенностями, которые можно показать на примере схемы, изображенной на следующем рис. и содержащие “n” вращающихся и “k” поступательно движущих масс. Здесь двигатель через соединительную муфту СМ1, клиноременную передачу КРП, ряд зубчатых передач и соединительную муфту СМ2 приводит во вращение барабан, преобразующий вращательное движение в поступательное перемещение ряда связанных масс. При составлении этой схемы принято, что каждый вращающийся элемент обладает моментом инерции Ji и связан с (i+1) элементом механической связью, обладающей жесткостью Сi, а каждый поступательно движущийся элемент имеет массу mj и связан со следующим элементом механической связью с жесткостью Cj. При нагружении элементы системы (валы, зубчатые колеса, клиноременные передачи и т.п.) деформируются, т.к. механические связи не являются абсолютно жесткими, а массы могут взаимно перемещаться, причем величина перемещений определяется жесткостью связей.

Рабочий орган производственного механизма реализует подведенную к нему механическую энергию в полезную работу. Он обычно является потребителем энергии. Но в ряде случаев он является и источником энергии, отдавая ее двигателю (например, на грузоподъемных установках). Электромагнитный момент двигателя М является выходной величиной для электрической части системы ЭП и входной для механической части.

Движение электропривода определяется действием двух моментов: Электромагнитного момента Мдвигателя и моментаМс, препятствующего движению и вызванного силами полезных и вредных сопротивлений движению, т.е. так называемого момента сопротивления, который определяет статическую нагрузку электропривода. В зависимости от причины, обуславливающей возникновениеМс, различают реактивные и активные или потенциальныеМс.

Реактивные силы и моменты сопротивления появляются только вследствие движения. Следовательно, они зависят от скорости. Они всегда препятствуют движению и изменяют свой знак при изменении направления движения, т.е. они всегда направлены встречно относительно вращающего момента двигателя. К таким моментам относятся моменты от трения, резания металла или дерева и т.п. К числу этих моментов относится и момент, создаваемый в самом двигателе всеми видами трения и потерями в стали якоря или ротора (момент холостого хода).

В противоположность реактивным активные моменты сопротивления не изменяют свой знак при изменении направления движения, т.е. при одном направлении вращения двигателя они могут действовать встречно относительно вращающего момента, а при другом направлении вращения – согласно с моментом двигателя и, следовательно, могут рассматриваться как вращающие, движущие. Так, например, момент, создаваемый грузом подъемного механизма сохраняет свой знак, как при подъеме, так и при спуске груза, но в первом случае он препятствует движению, а во втором – способствует.

К активным моментам относятся моменты от веса, растяжения, сжатия, скручивания упругих тел.

По характеру влияния на механические колебания все силы и моменты делятся на консервативные и диссипативные. Консервативными называются силы и моменты, при воздействии которых на систему не происходят поглощения энергии колебаний. Такими являются силы , не зависящие от скорости, в частности сила тяжести, работа которой за период колебаний равна нулю. Диссипативные силы и моменты – это те, при воздействии которых на систему происходит поглощении энергии колебаний. Вязкое трение является примером диссипативной силы (момента).