9. Составление структурной схемы электропривода и расчёт её параметров.

Механическая часть электропривода включает в себя движущиеся массы двигателя, передачи и рабочей машины. Структурные схемы механической части должны учитывать упругие связи и распределение моментов инерции между двигателем и рабочей машиной. Многомассовые упругие системы чаще всего сворачиваются в двухмассовые системы с присоединением малых маховых масс к звеньям механической части, обладающих большими маховыми массами, т.е. к ротору двигателя и рабочей машине.

Рис. 9.1 – Структурная схема двухмассовой упругой системы.

Структурная схема двухмассовой упругой системы представлена на Рис. 9.1. Главные инерционные массы, представленные интегрирующими звеньями с постоянными времени двигателя Тдв и рабочего органа Тро, разделены интегрирующим звеном с постоянной времени упругого звена Тс.

		(9.1)
		(9.2)
	(9.3)
		(9.4)

Структурная схема механической части электропривода, данного в этой работе, представлена на Рис. 9.2.

Рис. 9.2 - Структурная схема механической части электропривода: а) с грузом, б) без груза.

Полная структурная схема электропривода включает в себя структурные схемы составных частей: механической части, электромеханического преобразователя энергии, электрического преобразователя и задающего устройства.

Структурная схема системы ПЧ – АД в общем виде сложна. Если допустить определённые ограничения (β = const, Мк = const и др.), то для настройки систем управления можно составить структурную схему для рабочего участка механической характеристики. Однако при таких допущениях возникают погрешности в расчётах электромеханического преобразования энергии. Отсутствуют способы расчета токов в цепях двигателя. Существенно искажаются показатели нагрева, так как для расчета приходится использовать метод эквивалентного момента, также искажаются энергетические показатели системы электропривода. Поэтому сложность структурной схемы ПЧ – АД зависит от задач, которые с её помощью нужно решать.

10. Расчёт статических характеристик электропривода.

Выражение для естественной характеристики двигателя:

(10.1)

Критический момент (М_к=88 Нм) известен из паспорта двигателя.

Чтобы найти критическое скольжение двигателя, необходимо определить номинальное скольжение S_ни перегрузочную способность двигателяμ. Также для определения номинального скольжения необходимо знать скорость идеального холостого хода двигателяω₀:

			(10.2)
			(10.3)
			(10.4)
				(10.5)

Чтобы найти коэффициент a, необходимо найти приведённое сопротивление ротора:

(10.6)

Тогда коэффициент a равен:

(10.7)

Тогда выражение для естественной механической характеристики двигателя принимает вид:

(10.8)

Путём замены в (10.8) выражения для скольжения получим зависимость М(ω):

(10.9)

Вид естественной механической характеристики представлен на Рис. 10.1

Рис. 10.1 – естественная механическая характеристика двигателя

Электромеханические характеристики асинхронного двигателя – зависимости частоты вращения ротора ω от тока статора ω(I₁) , от тока ротора ω(I₂), от тока намагничивания ω(Iµ). Расчет этих зависимостей достаточно сложен, так как необходим учет сопротивлений статора и ротора и их изменений в зависимости от частоты токов ротора и статора. Также при расчете необходимо учитывать изменение сопротивления контура намагничивания с помощью кривой намагничивания. Чаще всего на стадии проектирования электропривода сопротивления обмоток и кривая намагничивания не известны.

С достаточной точностью для расчета электромеханических характеристик двигателя при питании от цеховой сети (напряжение постоянной амплитуды и частоты) можно использовать формулы профессора В.А.Шубенко. Эти формулы получены при не учете активного сопротивления статора (r₁= 0) и используют только каталожные данные двигателя.

Ток холостого хода (намагничивания):

(10.10)

Ток статора:

(10.11)

Расписав скольжение получим зависимость тока статора от скорости вращения ротора:

(10.12)

Подставив значения момента и скорости, получим зависимость тока статора от скорости вращения:

Рис. 10.2 – зависимость тока статора от скорости вращения.