5.1.3. Типовые статические нагрузки электропривода

Нагрузка на валу двигателя электропривода, представленная в уравнении движения привода в виде статического момента , может иметь в различных механизмах разный характер. Все виды нагрузок механизмов можно классифицировать как активные и реактивные (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Активные (а) и реактивные (б) моменты сопротивления

Активные (потенциальные) моменты и силы характеризуются постоянством их направления при изменении знака скорости рабочего органа механизма и сами могут вызывать движение. Это механизмы, у которых основная составляющая момента (усилия) определяется силой тяжести перемещаемых грузов (см. рис. 5.4, а)

, (5.18)

где m – масса груза; g – ускорение свободного падения; R – радиус блока. Сила тяжести, как при подъеме, так и при спуске груза всегда направлена в одну сторону – в сторону спуска и неизменна по значению.

Реактивные моменты и силы всегда препятствуют движению – меняют свой знак при перемене направления вращения. Такие моменты (силы) возникают в механизмах как реакция на движение и сами вызвать движения не могут – это моменты (силы) вязкого трения 1-го или 2-го рода (соответственно кривые 1 и 2 на рис. 5.4, б), сухого трения (прямая 3). Кроме того, известны также производственные механизмы, у которых момент полезных нагрузок подобен сухому трению – не зависит от скорости. Такой характеристикой, например, обладает большинство механизмов прокатных цехов, металлорежущих станков и др.

Некоторые токарные, фрезерные и другие станки, а также намоточно-размоточные механизмы бумагоделательной, кабельной и металлургической промышленности обладают нелинейной гиперболической характеристикой, у которых момент сопротивления изменяется обратно пропорционально скорости (кривая 4 на рис. 5.4, б)

, (5.19)

а мощность, потребляемая механизмом, остается в процессе работы постоянной. В выражении (5.19) ,– номинальная угловая скорость вращения двигателя и полезный момент механизма при этой скорости.

У центробежных вентиляторов, насосов и дымососов, центрифуги, гребных установок судов полезный момент пропорционален квадрату скорости вращения двигателя (кривая 5 на рис. 5.4, б)

. (5.20)

Кроме того, у некоторых производственных механизмов полезный момент может иметь определенную функциональную зависимость от углового положения вала . Это кривошипно-шатунные механизмы: поршневые насосы и компрессоры, нефтяные насосы-качалки, механизм качания кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок, прессы, ножницы и др. Выражения для расчета момента для таких механизмов приводятся в специальной литературе.

5.2. Регулирование координат электропривода

Необходимость регулирования координат электропривода определяется технологическими требованиями. Такими координатами, например, являются скорость, ускорение, положение рабочего органа или любого другого механического элемента электромеханической системы, а также усилие или момент на их валу.

Типичным примером необходимости регулирования координат может служить электромеханическая система пассажирского лифта. При пуске и остановке кабины лифта, с целью обеспечения комфортности пассажиров, должны быть ограничены ускорение и замедление ее движения. Во время движения необходимо контролировать скорость. И, наконец, кабина лифта должна с заданной

точностью останавливаться на требуемом этаже. Такое управление движением кабины лифта обеспечивается за счет регулирования соответствующих координат его электропривода.

В теории электропривода оценку качества и сравнение различных способов регулирования выполняют по следующим показателям:

- диапазон регулирования координаты, определяющий отношение максимального значения координаты (скорости, перемещения или др.) к ее минимальному значению, например,

; (5.21)

- стабильность регулирования координаты, характеризующий изменение координаты при возможных изменениях возмущающих воздействий, например, изменение скорости при изменении момента сил сопротивлений на валу двигателя, определяемое жесткостью (наклоном) его механических характеристик

; (5.22)

- плавность регулирования, определяющий перепад координаты при переходе с одной искусственной характеристики на другую;

- экономичность регулирования координаты, характеризующий затраты электроэнергии на регулирование при заданных показателях диапазона, стабильности и плавности регулирования.

Процесс регулирования координат электропривода всегда связан с получением искусственных (регулировочных) характеристик электродвигателя.