- •1. Основные сведения об электро-
- •1.2. Краткий исторический обзор развития
- •2. Механика электропривода
- •2.1. Уравнение движения
- •2.2. Приведенное механическое звено
- •2.3. Совместная работа электродвигателя и
- •2.3.1. Механические характеристики рабочего
- •2.3.2. Механические характеристики электродвига-
- •2.4. Установившийся режим работы электро-
- •3. Механические и электромеханичес-
- •3.1. Электромеханическое преобразование электрической энергии в механическую
- •3.2. Механические и электромеханические характе
- •3.2.1. Построение механических и электромеха-
- •3.2.2. Механическая и электромеханическая характеристики в относительных единицах
- •3.2.3. Искусственные электромеханические и
- •3.2.3.1. Реостатные характеристики
- •3.2.3.2. Изменение магнитного потока
- •3.2.3.3. Изменение питающего напряжения
- •3.2.4. Режимы работы электродвигателя и
- •3.2.4.1. Двигательный режим работы
- •3.2.4.2. Режимы торможения двигателя постоянного тока независимого возбуждения
- •3.2.5. Режим пуска дпт нв
- •3.3. Механические и электромеханические харак
- •3.3.1 Искусственные характеристики дпт пв
- •3.3.2. Тормозные режимы электродвигателя постоян-
- •3.3.3 Режим реостатного пуска дпт пв
- •3.4. Электромеханические и механические
- •3.5. Электромеханические и механические
- •3.5.1. Общие сведения
- •3.5.2. Электромеханические и механические характеристики асинхронного двигателя
- •3.5.3. Построение механических и электромехани-
- •3.5.4. Искусственные характеристики
- •3.5.4.1 Реостатные характеристики
- •3.5.4.2.Изменение напряжения питания
- •3.5.4.3.Изменение числа пар полюсов
- •3.5.4.4 Изменение частоты питающей сети
- •3.5.5. Механические характеристики асинхрон-
- •3.5.5.1 Рекуперативное торможение
- •3.5.5.2. Торможение противовключением
- •3.5.5.3. Динамическое торможение
- •3.5.6. Реостатный пуск асинхронного двигателя
- •3.6. Механическая и угловая характеристики
- •3.5.1. Электромеханическое преобразование энергии
- •3.5.2. Пуск синхронного двигателя
- •3.5.3. Режимы торможения сд
- •3.5.4. Компенсация реактивной мощности
- •3.7 Механические характеристики
- •3.7.1. Многодвигательные электроприводы с
- •3.7.2. Многодвигательные электроприводы с
- •4. Переходные процессы в электро-
- •4.1. Общие сведения о переходных процессах
- •4.1.1. Время ускорения и замедления привода
- •4.1.2 Графическое и графо – аналитическое ре-
- •4.2. Механические переходные процессы
- •4.2.1. Механические переходные процессы при линей-
- •4.2.2. Механические переходные процессы в ре-
- •4.2.3. Механические переходные процессы в режиме
- •4.2.4. Переходные процессы при реостатном пуске
- •4.2.5. Переходные процессы при линейном изменении
- •4.2.5.1. Пуск на холостом ходу
- •4.2.5.2. Пуск двигателя при реактивном стати-
- •4.2.5.3. Переходные процессы при торможении
- •4.2.6. Механические переходные процессы при не-
- •4.3. Электромагнитные переходные процессы
- •4.3.1. Форсирование эпп в обмотке возбуждения
- •4.4. Электромеханические переходные
- •4.4.1. Электромеханические переходные процессы при
- •4.4.2. Переходные процессы при изменении магнитно-
- •4.4.3. Переходные процессы при экспоненциальном
- •4.5. Тепловые переходные процессы
- •5. Выбор мощности
- •5.1. Режимы работы электроприводов
- •5.1.1. Длительный режим работы (s1)
- •5.1.2. Кратковременный режим работы (s2)
- •5.1.3. Повторно-кратковременный режим
- •5.2. Нагрузочные диаграммы электроприводов
- •5.3. Выбор мощности электродвигателя для
- •5.3.1. Метод средних потерь
- •5.3.2. Методы эквивалентных величин
- •5.4. Выбор мощности электродвигателя
- •5.5. Выбор мощности электродвигателя для
- •3.7. Механические характеристики многодвигатель-
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14.
2. Механика электропривода
2.1. Уравнение движения
Движение в механической части (МЧ) электропривода (структурная схема) подчиняется законам Ньютона.
Первый закон Ньютона - закон инерции. Для посту-пательного движения этот закон гласит - каждое тело сохра-няет состояние покоя или прямолинейного равномерного движения до тех пор, пока внешние силы не выведут его из этого состояния. Математическая формулировка этого закона
На тело всегда действует несколько внешних сил (сила, соз-
даваемая двигателем, сила тяжести, силы трения и другие).
Для того, чтобы тело находилось в состоянии покоя или прямоли
13
нейного равномерного движения нужно, чтобы сумма векторов сил, действующих на тело, была равна нулю, т.е. сила, создаваемая двигателем, должна быть равна силам сопротивления, но направлена в противоположную сторону.
Применительно к вращательному движению первый закон Ньютона может быть сформулирован следующим образом: тело, имеющее фиксированную ось вращения, будет находиться в состоянии покоя или равномерного вращения до тех пор, пока приложенные моменты не выведут его из этого состояния, т.е. , если .
Рассмотрим, какие моменты могут действовать на тело вращения, например, ротор электродвигателя:
М — электромагнитный момент, создаваемый электродвигателем.
Мса - момент сопротивления движению активный, прикладывае-мый к рабочему органу машины. Этот момент создается силами тяжести (например, в электроприводах грузоподъемных лебедок, лифтов и др.). Направление активного момента сопротивления не зависит от направления вращения ротора электродвигателя, т.е. в отдельных случаях направление этого момента может совпадать с направлением движения рабочего механизма (например, при спуске груза).
Мср - реактивные моменты сопротивления движению, прикладываемые к рабочему органу машины; эти моменты возни-кают, как реакция на движение рабочего органа и всегда пре-пятствуют движению (например, момент от сил резания в приводах главного движения металлорежущих станков; момент от сил трения в подшипниках и других элементах кинематической цепи рабочей машины). Здесь также, как при поступаельном движении момент, развиваемый двигателем, должен быть равен моментам сопротивления, но направлен в противоположную сторону.
Второй закон Ньютона – закон динамики. Для поступатель ного движения этот закон гласит – импуьс силы равен
изменению количества движе6ния
14
Импульс силы - это вектор, равный произведению силы на время ее действия. Количество движения - это вектор, равный произведению скорости на массу тела.
Если масса постоянна, то
,
где - сумма векторов сил.
Этот закон устанавливает, что если результирующая сила не равна нулю, то тело получает ускорение (замедление), величина которого зависит от величины силы и времени ее
приложения.
Для вращательного движения второй закон Ньютона формулируется следующим образом: импульс момента равен изменению количества движения
M∑ dt = d( Jω)
Количество движения - произведение момента инерции вращаю-
щихся масс на их угловую скорость.
Момент инерции J(кгм2) - параметр, аналогичный по смыслу массе при поступательном движении, характеризует меру инерции тел, вращающихся относительно фиксированной оси вращения. Момент инерции материальной точки с массой m равен произведению массы на квадрат расстояния от точки до оси вращения J = тR2 .
Если момент инерции постоянен, то уравнение второго закона Ньютона можно представить в виде
M∑ = .
Здесь M∑ - алгебраическая сумма моментов, прикладываемых к
телу вращения.
Алгебраическая сумма моментов, прикладываемых к валу
электродвигателя, состоит из электромагнитного момента, соз-
даваемого электродвигателем, и суммы моментов сил сопротивления (активных и реактивных), равных по величине моменту электродвигателя, но направленных в противоположную сторону. Обозначив сумму моментов сил сопротивления как
15
Мс – момент сопротивления движению или статический момент на валу электродвигателя, получим
М – Мс = J∑ . ( 2.1 )
Это уравнение, отражающее второй закон Ньютона, называют уравнением движения электропривода. Отметим, что в этом уравнении все моменты приложены к валу двигателя, а
момент инерции J∑ отражает инерционности всех масс, связанных с валом электродвигателя и совершающих вместе с ним механическое движение.
Для поступательного движения уравнение движения
электропривода соответственно будет
F – Fc = m ,
где F – усилие, развиваемое двигателем;
Fc – усилие сопротивления движению.
-
Поступательное
движение
Вращательное движение
Пара-
метр
Обозна-
чение
Раз-мер-
ность
Пара-
метр
Обозна-
чение
Раз
мер-
ность
Путь
S
м
Угол поворота
φ
радиан
Ско-
рость
м/с
Угловая
скорость
(частота
враще- н 17
ия)
ω =
рад/с;
1/с
Уско-
рение
=
м/с2
Угловое
ускоре-
ние
ε= =
=
рад/с2;
1/с2
Сила
F
Н
Момент
М
Н.м
Мас-
са
т
кг
Момент инерции
J
кг.м2
16
Изменение параметров движения рабочих органов машины происходит при воздействии на их кинематическую цепь (меха ническую часть) сил F . Для вращательного движения физичес- ким аналогом силы является момент M (Нм). Момент создается силой, приложенной к плечу (плечо - кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы), например, к радиусу барабана Rбар грузоподъемной лебедки. В дальнейшем это плечо будет рассматриваться как радиус приведения посту-
пательного движения к вращательному.
Основные параметры движения (поступательного и враща-тельного) даны в таблице.