Активні і реактивні моменти опору
Активні моменти опору - моменти, викликані вагою піднімається і спускається вантажу. У рівнянні механічного руху електроприводу перед цим моментом завжди ставиться знак (-) незалежно від підйому або спуску вантажу.
Реактивний момент опору - момент, завжди перешкоджає руху електроприводу і змінює свій знак при зміні напрямку руху (наприклад при різанні металу). При позитивній швидкості електродвигуна перед цим моментом в рівнянні механічного руху електроприводу необхідно ставити знак (-), а при зворотному русі знак (+).
За позитивний напрямок вала двигуна приймається обертання за годинниковою стрілкою. Якщо часовий момент на валу двигуна спрямований в цю сторону, то йому приписують знак (+). При зворотному напрямку руху - знак (-). У гальмівних режимах двигуна знаки перед обертовим моментом двигуна і кутовий швидкістю протилежні.
2.2. Приведення до валу електродвигуна моментів
і сил опору, моментів інерції і інерційних мас
Механічна частина електропривода може бути складною і представляти кінематичну ланцюг з великим числом рухомих елементів (шестерні, сполучні муфти, гальмівні шківи, барабани, поворотні платформи, лінійний стіл, піднімаються вантажі і т.д.). Рух одного елемента дає повну інформацію про рух всіх інших елементів. Зазвичай в якості такого елемента приймають вал двигуна, приводячи до нього моменти і зусилля опору, а також моменти інерції і маси.
В результаті такого приведення реальна кінематична схема замінюється розрахункової енергетично еквівалентною схемою. Це дозволяє найбільш точно дослідити характер руху приводу і режим його роботи, точніше формувати закони руху. Покажемо таке приведення на прикладі схеми механічної частини електроприводу підйомної лебідки (рис. 2.1).
Мал. 2.1. Схема механічної частини електроприводу
На підставі вищевикладеного запишемо в остаточному вигляді формули приведених до валу електродвигуна параметрів виконавчих органів [1,2].
Приймемо наступні допущення. система жорстка, без зазорів.
При прямому потоці енергії в механічної частини (підйом вантажу)
При зворотному потоці енергії в механічної частини (опускання вантажу)
У формулах (2.1) і (2.2):
- передавальне число редуктора;
При лінійному русі ІВ і прямому потоці енергії (підйом вантажу)
При зворотному потоці енергії (опускання вантажу)
У формулах (2.3) і (2.4):
. m - маса вантажу разом з гаком, кг;
g = 9,81 м / с 2 - прискорення сили тяжіння;
- радіус приведення кінематичного ланцюга між двигуном і виконавчим органом, м.
Наведений до валу двигуна сумарний момент інерції
У формулі (2.5) в момент інерції двигуна входить момент інерції муфти М1 і шестерні Z1. а в момент інерції виконавчого органу (барабана) - момент інерції муфти М2 і шестерні Z2.
2.3. Механічні характеристики виконавчих органів
і електродвигунів
При розгляді роботи електродвигуна, що приводить в дію виконавчий орган, необхідно виявити відповідність механічних характеристик двигуна характеристикам виконавчих органів. Тому для правильного проектування і економічної експлуатації електроприводу необхідно вивчити ці характеристики.
Залежність між швидкістю і наведеними до валу двигуна моментом опору виконавчого органу називають механічною характеристикою виконавчого органу.
Емпірична формула для механічної характеристики має вигляд [1]:
де - момент опору ІВ при швидкості;
- момент опору тертя в рухомих частинах ВО;
- момент опору при номінальній швидкості;
- показник ступеня, що характеризує зміну моменту опору при зміні швидкості.
1. Не залежить від швидкості механічна характеристика (пряма 1 на рис. 2.2.). При цьому х = 0 і момент опору не залежить від швидкості. Такий характеристикою володіють всі підйомні установки, механізми подач металорізальних верстатів, поршневі насоси при незмінній висоті подачі, конвеєри з постійною масою пересуватися матеріалу і т.д. а також всі ІВ, у яких основним моментом опору є момент опору тертя.
2. лінійно-зростаюча механічна характеристика (пряма 2 на
Мал. 2.2.). У цьому випадку = 1 і момент опору лінійно залежить від швидкості. Така характеристика виходить, наприклад, в приводі генератора постійного струму з незалежним збудженням, якщо останній буде працювати на постійний зовнішній резистор.
Мал. 2.2. Механічні характеристики виконавчих органів
3. Нелінійно-зростаюча (параболічна) механічна характеристика (крива 3 на рис.2.2.). Цією характеристиці відповідає = 2; момент опору тут залежить від квадрата швидкості. За влучним висловом 3 працюють всі виконавчі органи відцентрового типу (насоси, вентилятори, компресори, димососи, гребні гвинти і т.д.).
4. Нелінійно-спадає (гіперболічна) механічна характеристика (крива 4 на рис. 2.2). При цьому х = -1 і момент опору змінюється обернено пропорційно швидкості.
Механічну характеристику виду 4 мають механізми головного руху токарних, фрезерних та інших верстатів, різні намотують пристрою.
Механічною характеристикою електродвигуна обертального руху називається залежність його кутової швидкості від розвиває їм моменту, тобто .
Природною називається механічна характеристика двигуна, яка відповідає основній схемі включення двигуна, номінальним параметрам напруги живлення і відсутності в електричних ланцюгах додаткових елементів (наприклад, резисторів). В іншому випадку електродвигун буде мати штучну (регулювальну) характеристику. Штучних характеристик у електродвигуна може бути багато.
На малюнку 2.3 показані природні характеристики найбільш поширених електродвигунів обертального руху:
1 - двигуна постійного струму незалежного збудження;
2 - двигуна постійного струму послідовного збудження;
3 - асинхронного двигуна;
4 - синхронного двигуна.
Для оцінки жорсткості механічної характеристики двигуна вводиться поняття жорсткості. яке визначається як [1,4]
Використовуючи цей показник, характеристику синхронного двигуна (пряма 4 на рис. 2.3) можна назвати абсолютно жорсткою (), двигуна постійного струму з незалежним збудженням (пряма 1) - жорсткої (), а з послідовним збудженням (крива 2) - м'якої ().
Мал. 2.3. Природні механічні характеристики електродвигуна
Характеристика асинхронного двигуна (крива 3) має змінну жорсткість - на робочому ділянці жорсткість негативна і незначна за модулем, в області критичного моменту вона дорівнює нулю, а при менших швидкостях - позитивна і невелика.
Характеристика 5 - абсолютно м'яка механічна характеристика (). Момент двигуна зі зміною кутової швидкості залишається незмінним. Такий характеристикою володіють, наприклад, двигуни постійного струму незалежного збудження при живленні їх від джерела струму або при роботі в замкнутих системах електроприводу в режимі стабілізації струму якоря.
Поняття жорсткості може бути застосоване до механічних характеристиках виконавчих органів. Ці характеристики можна оцінювати жорсткістю
Тоді для характеристики 1 (рис.2.2), для характеристик 2 і 3, а для характеристики 4.