1. Основы электропривода

   1. Общие сведения об электроприводе

Электрическим приводом (или просто электроприводом) называют электромеханическую систему для приведения в движение механизмов и машин при помощи электродвигателя. В состав электропривода могут входить также, силовой преобразователь, передаточный механизм и устройство управления. Обобщенная структура электропривода показана на рис. 1.1.

При работе производственной машины (ПМ) электродвигатель (ЭД) получает электроэнергию от источника энергии (ИЭ) через силовой преобразователь (СП) и преобразует её в механическую энергию. Силовой преобразователь служит для получения электроэнергии с требуемыми для электродвигателя параметрами и управления потоком этой энергии. Управляет работой электропривода устройство управления (УУ). Для этого на него поступают сигналы задания режима работы электропривода (U_з) и сигналы обратных связей (U_oc) от датчиков, контролирующих работу электропривода. Силовой преобразователь, электродвигатель и устройство управления образует электрическую часть электропривода.

Механическая энергия от электродвигателя передается к исполнительным органам производственной машины через передаточное устройство (ПУ), которое преобразует параметры механического движения (скорость, момент, вид движения). Вращающийся ротор, передаточное устройство и движущиеся части производственной машины (ПМ) составляют механическую часть электропривода. Реальную кинематическую схему обычно заменяют эквивалентной одномассовой схемой относительно электродвигателя.

Работа системы электропривод - производственно-технологическая машина связана с действием различных сил и моментов. Момент М, создаваемый электродвигателем, приводит в движение всю механическую систему. Момент статической нагрузки M_c, образуемый сопротивлением механической системы, трением в узлах передачи движения, противодействует движению электродвигателя.

Основное уравнение движения электропривода, позволяющее описать характер его движения при определенных допущениях, имеет вид:

, (1.1)

где J- момент инерции системы, приведённый к валу электродвигателя, кгм²;

Ω- частота вращения двигателя, рад/с.

Вращающий момент, развиваемый электродвигателем, связан с механической мощностью электродвигателя известным соотношением:

, (1.2)

где n- частота вращения двигателя,n= 60Ω/ 2= 9,55Ω , об/мин.

Если в паспорте электродвигателя номинальный момент М_номне указывается, то его значение, а также максимальный М_махи пусковой М_пмоменты могут быть найдены через номинальную мощностьP_ном и частоту вращения в номинальном режимеn_номпо выше указанной формуле (1.2), а также по отношениям моментов (М_мах/М_ном) , (М_п/М_ном), приводимым в паспортных данных.

Статический момент M_c является суммарным моментом сил сопротивления всех звеньев механизма, приведённых к валу электродвигателя:

, (1.3)

где М_ci- момент сопротивленияi-го звена, приведённый к валу ротора.

Приведение статических моментов отдельных звеньев к валу двигателя производится на основе закона сохранения энергии (мощности) движения: для звена, совершающего вращательное движение с угловой скоростью Ωi:

; (1.4)

для звена совершающего поступательное движение с линейной скоростью Vi:

. (1.5)

Здесь M_i- момент сопротивленияi-roзвена;F_i- сила сопротивленияi-го звена; η_i- КПД передачи от двигателяi-ому звену.

Составляющая уравнения электропривода JdΩ/dtпредставляет динамический момент:

, (1.6)

который появляется при неравенстве моментов вращающего М и статической нагрузки М_с.

При М ≠ М_счастота вращения Ω меняется, появляется ускорение (dΩ/dt≠0) и соответствующий ему динамический момент (М_дин=JdΩ/dt). Электропривод, при этом, работает в переходном режиме. При равенстве М=М_с, скорость Ω =const; ускорениеdΩ/dt=0, М_дин= 0 - электропривод работает в установившемся режиме или Ω =0.

Отдельные звенья и элементы механической системы электропривода движутся с разными скоростями. При переходе от реальной кинематической схемы к эквивалентной одномассовой схеме момент инерции определяют как сумму моментов инерции движущихся элементов системы, приведенных к скорости электродвигателя (Ω). Приведение осуществляется из условия сохранения кинетической энергии движущихся звеньев:

, (1.7)

где J_k – момент инерцииk-го звена механической системы электропривода, вращающегося с угловой скоростью Ω_k.

m_i– массаi-го звена системы электропривода, движущегося поступательно с линейной скоростьюV_i;

J_дв– момент инерции вращающихся частей электродвигателя. Уравнение (1.1) позволяет проанализировать различные режимы работы электромеханической системы: определить время пуска двигателя (время переходного процесса при пуске), время остановки, выбег, рассчитать и построить нагрузочные диаграммы момента и мощности. Нагрузочные диаграммы, т.е. графические зависимости момента нагрузкиM(t) или мощности нагрузкиP(t) от времени, позволяют рассчитать и выбрать мощность двигателя для электропривода.