- •Пермский Государственный Технический Университет
- •Механика электромеханической системы Кинематическая схема эл.Привода. Силы и моменты, действующие в системе эл.Привода.
- •Механические характеристики производственных механизмов. Для теории и практики эл.Привода большое значение имеют понятия механической характеристики рабочей машины.
- •Расчетные схемы выглядят так:
- •Уравнение движения и режимы работы эл.Привода как динамической системы.
- •Передаточные функции, структурные схемы и частотные характеристики механической части электропривода как объекта управления.
- •Движение инерционных масс эл.Привода с учетом упругих связей движущихся масс.
- •Динамические нагрузки эл.Приводов.
- •В уравнении жесткого приведенного механического звена величина
- •Определение наивыгоднейшего передаточного отношения.
- •Математическое описание процессов электромеханического преобразования энергии.
- •Понятие о электромеханических и механических характеристиках электродвигателей, их жесткости и режимы работы эмп.
- •Координатные преобразования переменных обобщенной электрической машины.
- •Выбор скорости к координатных осей u,V.
- •Фазные преобразования переменных обобщенной машины.
- •Электромеханические свойства двигателей. Математическое описание процессов преобразования энергии в двигателе постоянного тока независимого возбуждения.
- •Естественные и искусственные эл.Механические и механические характеристики двигателя независимого возбуждения в именованных и относительных единицах.
- •Реверсирование двигателя независимого возбуждения и механические характеристики для прямого и обратного напрявления вращения.
- •Тормозные режимы двигателя независимого и параллельного возбуждения.
- •Генераторное торможение с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть.
- •Торможение противовключением.
- •Электродинамическое торможение.
- •Расчет механических характеристик двигателя независимого возбуждения.
- •Расчет сопротивлений для якорной цепи днв.
- •Динамические свойства днв при питании от источника напряжения.
- •Математическое описание процессов электромеханического преобразования энергии в двигателе постоянного тока последовательного возбуждения (дпв)
- •Естественные и искусственные электромеханические и механические характеристики дпв
- •Тормозные режимы дпв
- •Расчет искусственных электромеханических и механических характеристик дпв.
- •Расчет пусковых сопротивлений для дпв.
- •Механические характеристики двигателя смешанного возбуждения (дсв) и его тормозные режимы.
- •Расчет тормозных сопротивлений для двигателей постоянного тока.
- •Математическое описание процессов преобразования энергии в асинхронном двигателе.
- •Естественные механическая и эл.Механическая характеристика ад. Формула Клосса.
- •Искусственные механические характеристики ад при изменении параметров цепей статора, ротора и питающей сети.
- •3. Введение добавочного активного сопротивления в цепь ротора.
- •4. Изменение частоты питающей сети.
- •Тормозные режимы асинхронного двигателя.
- •2) Торможение с самовозбуждением
- •Расчет естественной и искусственных статистических механических характеристик ад
- •Расчет сопротивлений для роторной цепи ад.
- •Динамические свойства асинхронного эмп при питании от источника напряжения
- •Математическое описание и электромеханические свойства синхронного двигателя
- •Обобщенная эл.Механическая система эл.Привода с линейной (линеаризованной) механической характеристикой двигателя.
- •Статический (установившийся) режим работы электропривода и статическая устойчивость электропривода
- •Переходные режимы электроприводов Общая характеристика переходных процессов электроприводов, их классификация и методы расчета
- •Графический метод интегрирования уравнения движения (метод пропорций)
- •Графоаналитический метод интегрирования уравнения движения (метод последовательных интервалов)
- •Электромагнитные переходные процессы в цепях возбуждения и форсирование процессов возбуждения
- •Переходный процесс электропривода с двигателем независимого возбуждения при изменении магнитного потока
- •Переходные процессы при пуске и торможении электропривода с короткозамкнутым асинхронным двигателем (ад)
- •Характер изменения свободных составляющих и их затухание определяются корнями p1 и p2характеристического уравнения
- •Корень определяет установившийся режим т.К. Относится к изображению напряжения. Если учесть, что , топоэтому
- •Регулирование координат электропривода Требования к координатам электропривода и формированию его статических и динамических характеристик
- •Основные показатели способов регулирования координат электропривода
- •Системы управляемый преобразователь – двигатель (уп – д).
- •Система генератор – двигатель (гд).
- •Расчет статических электромеханических и механических характеристик в системе гд
- •Система тиристорный преобразователь – двигатель (тп – д).
- •Торможение и реверсирование двигателя в системе тп-д и статические механические характеристики реверсивного вентильного электропривода
- •Расчет статических механических характеристик в системе тп-д
- •Коэффициент мощности и основные технико-экономические показатели вентильного электропривода
- •Частотное управление асинхронными двигателями
- •Законы частотного регулирования
- •Статические механические характеристики ад при частотном управлении.
- •Система пч-ад (преобразователь частоты - асинхронный двигатель)
- •Обобщенная линеаризованная система уп-д
- •Регулирование момента (тока) электропривода Задачи регулирования момента (тока) электропривода
- •Реостатное регулирование момента (тока) двигателей
- •Релейное автоматическое регулирование тока и момента ад изменением импульсным методом сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора
Передаточные функции, структурные схемы и частотные характеристики механической части электропривода как объекта управления.
Сначала рассмотрим механическую часть как абсолютно жесткую механическую систему. Уравнение движения такой системы:
Передаточная функция
Структурная схема механической части в этом случае, как следует из уравнения движения, имеет вид, изображенный на рис.
Изобразим ЛАЧХ и ЛФЧХ этой системы. Т.к. звено с передаточной функцией является интегрирующим, то наклон ЛАЧХ – 20 дб/дек. При приложении нагрузкиMc=const скорость в такой системе нарастает по линейному закону и если М=Мс не ограничить, то она возрастает до . Сдвиг между колебаниями М и , т.е. между выходной и входной величиной постоянен и равен .
Расчетная схема двухмассовой упругой механической системы, как было показано ранее, имеет вид, изображенный на рис.
Структурная схема этой системы может быть получена на основе уравнений движения;;
Передаточные функции
.
Структурная схема, соответствующая этим управлениям, имеет вид:
Для исследования свойств этой системы как объекта управления принимаем МС1=МС2=0 и выполним синтез по управляющему воздействию. Используя правила эквивалентного преобразования структурных схем, можно получить передаточную функцию ,связывающую выходную координату, с входной, которой является и передаточную функцию при выходной координате.
;
Характеристическое уравнение системы:.
Корни уравнения: .
Здесь 12 – резонансная частота свободных колебаний системы.
Наличие мнимых корней свидетельствует о том, что система находится на грани устойчивости и если ее толкнуть, то она затухать не будет и на частоте возникает резонансный пик.
Обозначив ;, где
02 – резонансная частота 2-й инерционной массы при J1 .
С учетом этого передаточные функции , ибудут иметь вид:
;
Эти соотношения позволяют представить механическую часть эл.привода, как объекта управления в виде 3-х звеньев (см. рис.).
Из этой схемы следует, что передаточная функция системы по управляющему воздействию при выходной переменной 2, т.е. W2() равна:.
Ей соответствует структурная схема:
Для анализа поведения системы построим ЛАХЧ и ЛФЧХ механической части как объекта управления, сначала при выходной координате2, заменив в выражении W2() на j. Они изображены на рис.
Из него следует, что в системе возникают механические колебания, причем число колебаний доходят до 10-30. При этом колебательность инерционной массы J2 выше, чем Массы J1. При >12 наклон высокочастотной асимптоты L(2) равен – 60 дб./дек. И нет факторов, которые ослабляли бы развитие резонансных явлений при любом . Следовательно, когда важно получить требуемое качество движения инерционной массыJ2, а также при регулировании координат системы, пренебрегать влиянием упругости механических связей без предварительной проверки нельзя.
В реальных системах имеется естественное демпфирование колебаний, которое, правда существенно не сказывается на форме ЛАХЧ и ЛФЧХ, однако ограничивает резонансный пик конечным значением, как показано пунктиром на рис.
Для анализа поведения системы при выходной координате 1 также построим ЛАХЧ и ЛФХЧ механической части как объекта управления. Структурная схема, вытекающая из передаточной
функцииимеет вид:
Частотные характеристики приведены ниже:
Движение инерционной массы J1, как следует из характеристики и структурной схемы, при небольших частотах колебаний упругого взаимодействия определяется суммарным моментом инерции , причем механическая часть ведет себя как интегрирующее звено, т.к. характеристикаL( асимптотически приближается к асимптоте, имеющий наклон – 20 дб/дек. При M=const скорость изменяется по линейному закону, на который накладываются колебания, обусловленные упругой связью. При приближении частоты колебаний момента М к амплитуда колебаний скорости возрастает и при стремиться к бесконечности. Отсюда следует, что чем ближе к 1, т.е. приJ2<<J1, тем меньше сказывается влияние упругости на механическую часть системы. Поскольку обычно =1,21,6, влиянием упругости можно пренебречь и передаточную функцию можно считать как функцию интегрирующего звена (в структурной схеме во втором звене числитель и знаменатель выражения сократятся)и механическую часть эл.привода можно рассматривать как абсолютно жесткое механическое звено.
При >>1, т.е. J2>J1 и если частота среза , механическую часть эл.привода также можно считать абсолютно жесткой (С12=бесконечности).
Как уже сказано выше, обычно =1,21,6, но вообще то =1,2100. Величина 100 характерна для редукторных тихоходных электроприводов, например, для механизма поворота стрелы шагающего экскаватора с емкостью ковша 100м3 и длиной стрелы 100м.