Elektrichesky_privod_Kosmatov_V_I_2012

Рис. 2.12,а. Схема движения, идеализированные механические характе-

ристики = f ( М ) и кривые М = f ( t ) , = f ( t ) при реактивном моменте статического сопротивления Мс

40

Рис. 2.12,б. Схема движения, идеализированные механические характе-

ристики = f ( М ) и кривые М = f ( t ) , = f ( t ) при активном моменте статического сопротивления Мс

41

При равенстве М М с ускорение М = 0 , привод осуществляет

установившееся движение при с		( с ).
В общем случае время пуска и торможения найдѐтся по уравне-
нию
tn,m	J c		.	(2.53)
	M дин
Величина динамического момента		M дин		определяет время пере-

ходных процессов при пуске и торможении. Следует отметить, что при реактивном М с

tn

J c

tm

J c

при

Mn

Mm

,

M n M с

M n M с

а при активном моменте М с

tn.под

J c

tm.спуск

J c

при

Mn

Mm

,

M n M с

M m

M с

тогда как в режиме пуска на опускание груза и в режиме торможения при подъѐме груза

tn.спуск

J c

tm.под

J c

при

Mn

Mm

.

M n M с

M m M с

Следует отметить, что если,

например,

задан количественно

пусковой М n 2М н

и М с М н , то время пуска

J н

J н2

J н2 1

tn

2

,

(2.54)

2M н M н

2 Рн

M н н

т.е. при заданной пусковой мощности время пуска будет определяться двойным запасом кинетической энергии привода

				J 2
	W		2	н	.	(2.55)
		к .пуск		2
		42

Всвязи с этим с целью экономии электрической энергии, потребляемой из сети, и потерь энергии в электроприводе нужно проектировать электропривод с минимальным запасом кинетической энергии.

Врежимах торможения с целью уменьшения потерь энергии в приводе оно должно осуществляться с нагрузкой. Тогда

tm tn

J c

J н

J н2

1

;

(2.56)

M m M с

M н M н

2 Рн

J 2

W

н

,

(2.57)

к .торм

2

т.е. пропорционально запасу кинетической энергии при тормозной

мощности равной пусковой.

Время свободного выбега привода при М схх 5%М н

J

хх

J 2

1

t

2

хх

,

(2.58)

св.в

M хх

2

Рхх

т.е. практически при заданной мощности холостого хода определяется двойным запасом кинетической энергии привода и является относительно большим.

Угол поворота вала двигателя за время пуска, торможения

					c
					n m dt .			(2.59)
					0
При равноускоренном (замедленном) движении
					t ,			(2.60)
где	d			M дин	- ускорение (замедление).
	dt			J
Тогда
					tn ,mc	t 2
					n m tdt	n,m	.	(2.61)
						2
					0
					43

При движении с установившейся скоростью с	const
c t y .	(2.62)

На рис. 2.13 представлены тахограмма = f(t) и изменение угла поворота за цикл работы механизма.

Рис. 2.13. К расчѐту угла поворота вала двигателя

2.5 Механические характеристики двигателей и

механизмов в электроприводе

Зависимость скорости от электромагнитного момента М двигателя принято называть механической характеристикой электроприво-

да, а зависимость от момента статического сопротивления M c ,

приведѐнного к валу двигателя – механической характеристикой механизма. Уравнение движения электропривода

M ( ) M c ( ) 0

(2.63)

соответствует установившемуся движению с с const .

44

Механические характеристики механизмов, рассмотренные во второй главе, представлены на рис. 2.14

Рис. 2.14 Механические характеристики механизма М с = f (

Механические характеристики электрических двигателей представлены на рис. 2.15

Рис. 2.15 Механические характеристики электрических двигателей: 1 – синхронный двигатель; 2 – ДПТ НВ, 3 – асинхронный двигатель; 4 –

ДПТ ПВ; 5 – ДПТ СВ

45

Механические характеристики двигателей принято оценивать их жѐсткостью

дв dMd ,

величина , которая показывает степень изменения скорости при изменении момента. В вязи с этим различают характеристики абсолютно жѐст-

кие (1) с , жѐсткие (2) с 50 10, мягкие (4,5). У асинхронного

	двигателя на участке						– а жѐсткая характеристика, в точке b – 0 ,
	на участке (b-c)						(см. рис. 2.15).
			Жѐсткость механических характеристик механизма
				dM с		(см. рис. 2.14).
		м ех		d

Решение уравнения движения

М ( ) М с ( ) М дин( ) М сов м( )

позволяет графически просто построить совместную характеристику электропривода и определить координаты: скорости и момента – в установившемся режиме (см. рис. 2.16)

Рис. 2.16. К построению совместной характеристики и определению установившегося движения

Статический режим (установившееся движение) может быть устойчивым, если после действия любого случайного возмущающего воздействия система возвращается к исходному статическому состоянию

46

( < 0;Мдин = Мсовм

) или (

;Мдин = Мсовм < 0) (см. рис. 2.16)

и неустойчивым, если не возвращается (

; Мдин = Мсовм

) или

( < 0; Мдин = Мсовм < 0) (см. рис. 2.17).

Другими словами, если жѐсткость совместной характеристики

сов м

M сов м М

М с

дв

м ех

0 ,

(2.64)

с

несмотря на то, что

;

и больше

, система статически

устойчива.

На рис. 2.17:

т.

- устойчивое движение

;

т.

неустойчивое движение

;

т.

устойчивое движение

;

Рис. 2.17. Определение устойчивости статического режима с асинхронными двигателями

47

2.6. Режимы преобразования энергии в электроприводе и ограничения, накладываемые на их протекание

Возможны следующие основные режимы преобразования в ЭМП

(рис. 2.18):

1.Преобразование электрической энергии в механическую -

двигательный режим (рис. 2.18,а). Здесь мощность Р1 , поступающая из сети, в основном преобразуется в механическую Рм ех и частично в потери в стали и сопротивлениях обмоток.

2.Если механическая мощность Рм ех поступает с вала двигателя, то машина работает генератором параллельно с сетью и отдаѐт мощность в сеть за вычетом потерь Р . Это тор-

мозной режим работы двигателя – рекуперативное торможе-

ние (рис. 2.18,б).

3.Режим противовключения (генераторный последовательно с сетью). Это тормозной режим – мощность из сети Рс и с вала Рм ех поступают в машину и преобразуются в потери Р

(рис. 2.18,в).

4.Режим динамического торможения (генераторный режим независимо от сети). Механическая мощность, поступающая к ЭМП, преобразуется в электрическую и выделяется в нѐм в виде потерь Р в сопротивлениях силовых цепей и стали

(рис. 2.18,г).

Кроме основных режимов преобразования энергии возможны режимы холостого хода, идеального холостого хода и короткого замыкания.

На рис. 2.18,д приводятся статические механические характеристики двигателя, соответствующие двум направлениям вращения ротора (якоря). В первом и третьем квадрантах энергия поступает из сети - это двигательный режим ЭМП. Во втором и четвѐр-

том квадрантах - тормозные режимы.

48

Рис. 2.18. Режимы преобразования энергии Процессы электромеханического преобразования энергии сопро-

вождаются потерями энергии в активных сопротивлениях обмоток машин, в стали магнитопроводов, а также механическими потерями.

Мощность потерь

		I		2
Р k v				,
	н
		Iн

где k Рc Рм ех Рв озб - постоянные потери;

			I 2 - переменные потери в активных сопротивлениях силовых
v	н
			Iн
цепей двигателя;
vн - номинальные переменные потери;
v			3I 2 R I '2 R' - для асинхронных двигателей;
	н			1н		1	2н 2
v			I 2 R		я	– для двигателей постоянного тока;
	н			ян
							49