4. Режимы вентильного электропривода
Все режимы в электроприводе делятся на установившиеся (номинальный режим работы) и переходные (пуск, реверс, торможение).
Установившийся режим работы электропривода определяется из условия равенства нулю динамического момента. Этот режим характеризуется работой двигателя с неизменной угловой скоростью, постоянными во времени и равными по величине моментом двигателя и моментом сопротивления. Так как момент, развиваемый двигателем в установившемся режиме, есть функция скорости, то равенство М = Мс возможно только при условии, что момент сопротивления — постоянная величина или функция скорости. Если МС есть функция, например, пути (угла поворота), то даже при постоянной угловой скорости момент сопротивления изменяется во времени и установившийся режим невозможен.
Установившийся режим описывается статическими характеристиками.
Переходным режимом электропривода называют режим работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, момент и ток.
Причинами возникновения переходных режимов в электроприводах является либо изменение нагрузки, связанное с производственным процессом, либо воздействие на электропривод при управлении им, т. е. пуск, торможение, изменение направления вращения и т. п. Переходные режимы в электроприводах могут возникнуть также в результате аварий или нарушения нормальных условий электроснабжения (например, изменения напряжения или частоты сети, несимметрия напряжения и т. п.).
Характер переходного режима электропривода зависит от свойств рабочей машины, типа примененного двигателя и механической передачи, принципа действия и свойств аппаратуры управления, а также от режима работы двигателя (пуск, торможение, прием и сброс нагрузки и т. д.). Переходные режимы описываются динамическими характеристиками.
5. Уравнение движения электропривода
Электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, создают вращательное движение; значительная часть машин-орудий также имеет вращающиеся рабочие органы; поэтому представляется целесообразным вывод уравнения движения сделать сначала для случая вращательного движения.
В соответствии с основным законом динамики для вращающегося тела векторная сумма моментов, действующих относительно оси вращения, равна производной момента количества движения:
(5.1)
В системах электропривода основным режимом работы электрической машины является двигательный. При этом момент сопротивления имеет тормозящий характер по отношению к движению ротора и действует навстречу моменту двигателя. Поэтому положительное направление момента сопротивления принимают противоположным положительному направлению момента двигателя, в результате чего уравнение (5.1) записывается в виде:
(5.2)
Уравнение
движения привода (5.2) показывает, что
развиваемый двигателем вращающий момент
уравновешивается моментом сопротивления
на его валу и инерционным или динамическим
моментом
.
Где ω
- угловая скорость этого звена, рад/с.
Отметим, что угловая
скорость
(рад/с)
связана с частотой вращения n (об/мин)
соотношением
В
уравнении (5.2) принято, что момент
инерции привода
является постоянным, что справедливо
для значительного числа производственных
механизмов. Здесь моменты являются
алгебраическими, а не векторными
величинами, поскольку оба момента
и
действуют относительно одной и той же
оси вращения. Правую часть уравнения
(5.2) называют инерционным (динамическим)
моментом (
),
т.е.
(5.3)
Этот момент проявляется только во время переходных режимов, когда изменяется скорость привода. Из (5.3) следует, что направление динамического момента всегда совпадает с направлением ускорения электропривода. В зависимости от знака динамического момента различают следующие режимы работы электропривода:
1)
,
т.е.
,
имеет место ускорение привода при
,
и торможение привода при
.
2)
,
т.е.
,
имеет место замедление привода при
,
и ускорение при
.
3)
,
т.е.
,
в данном случае привод работает в
установившемся режиме, т.е.
.
Выбор знаков перед значениями моментов зависит от режима работы двигателя и характера моментов сопротивления.
Наряду с системами, имеющими только элементы, находящиеся во вращательном движении, иногда приходится встречаться с системами, движущимися поступательно. В этом случае вместо уравнения моментов необходимо рассматривать уравнение сил, действующих на систему.
При
поступательном движении движущая сила
всегда уравновешивается силой
сопротивления машины
и инерционной силой
,
возникающей при изменениях скорости.
Если масса тела
выражена в килограммах, а скорость
— в метрах в секунду, то сила инерции,
как и другие силы, действующие в рабочей
машине, измеряются в ньютонах (
).
В соответствии с изложенным уравнение равновесия сил при поступательном движении записывается так:
.
(5.4)
В (5.4) принято, что масса тела является постоянной, что справедливо для значительного числа производственных механизмов.