JELLEMZŐ SZÁMÍTÁSOK AZ ELEKTROMOS HAJTÁSBAN

Az elektromos hajtás mechanikája

4.1.1. Statikus nyomatékok és tehetetlenségi nyomatékok átalakítása a motor tengelyére

A munkatestek mechanikus része (RO) különböző sebességgel forgó elemeket tartalmaz. Átvitt pillanatok ezzel kapcsolatban

szintén különböznek. Ezért szükséges a valódi kinematika cseréje

RO séma a tervezési sémához, amelyben minden elem a hajtótengely sebességével forog. Leggyakrabban a redukciót a tengelyre hajtják végre

motor.

A feladatokban a jól ismert kinematikai RO séma szerint kell összeállítani

olyan tervezési séma, amelyben a mozgással szembeni ellenállási nyomatékok (statikus nyomatékok) és a tehetetlenségi nyomatékok a motor tengelyére kerülnek. Ehhez meg kell tanulni az RO kinematikai diagramot, meg kell érteni a mechanikai rész működési elvét, azonosítani kell fő technológiai munkáját és azokat a helyeket, ahol a teljesítményveszteségeket elosztják.

A statikus nyomatékok motortengelyre hozásának kritériuma az elektromos hajtás mechanikus részének energiaegyensúlya, amely biztosítja az elektromos hajtás valós és számított áramköreinek teljesítményeinek egyenlőségét.

A tehetetlenségi nyomatékok motortengelyre hozásának kritériuma az elektromos hajtás valós és számított áramköreinek mechanikai részének kinetikus energiakészletének egyenlősége.

Az elasztikus rendszer merevségének a motor tengelyére hozásának kritériuma

a mechanikai rész rugalmas láncszemének potenciális energiakészletének egyenlősége a villamos hajtás valós és számított sémájában.

A statikus nyomatékokat, a tehetetlenségi nyomatékokat az RO tengelyen a képletek segítségével számítjuk ki.

az RO tengelyen és a motor tengelyén a megadott technológiai paraméterek szerint

adagoló mechanizmus (2.1.1.2. táblázat, 35. lehetőség).

A gépi adagoló technológiai adatai:

F x = 6 kN; m = 2,4 t; v = 42 mm/s; D xv = 44 mm; m хв = 100 kg; α = 5,5°; φ = 4 °;

i 12 = 5, J dv = 0,2 kgm2; J1 = 0,03 kgm 2; J2 = 0,6 kgm 2; η 12 = 0,9; μc = 0,08.

Megoldás

A mechanizmus működési elvének és kinematikai diagramjának tanulmányozása után meghatározzuk a veszteségallokáció területeit:

- a sebességváltóban (a veszteségeket az η 12 hatásfok veszi figyelembe);

- a sebességváltóban "csavar - anya" (a veszteségeket a csavarmenetben lévő φ súrlódási szög alapján számítják ki);

- a vezérorsó csapágyaiban (a veszteségeket a csapágyak súrlódási tényezője alapján számítjuk, azonban az áttekintett szakirodalomban ezek

veszteségeket nem tartalmazza).

4.1.1.1. A vezérorsó szögsebessége (munkatest)

ω ro = v / ρ,

ahol ρ a fogaskerék "csavar-anya" sugara h lépéssel, átmérő

d cf és menetszög α.

ρ = v / ω ro = h / (2 * π) = (π * d avg * tan α) / (2 * π) = (d av / 2) * tan α.

ρ = (d av / 2) * tan α = (44/2) * tan 5,5 ° = 2,12 mm.

ω ro = v / ρ = 42 / 2,12 = 19,8 rad / s.

4.1.1.2. A nyomaték a vezérorsó tengelyén (munkatest), figyelembe véve a veszteségeket

fogaskerék „csavar-anya” súrlódási szöge φ:

M ro = F p * (d cf / 2) * barna (α + φ),

ahol F p a teljes előtolási erő.

F p = 1,2 * F x + (F z + F y + 9,81 * m) * μ c =

1,2 * F x + (2,5 * F x + 0,8 * F x + 9,81 * m) * μ c =

1,2 * 6 + (2,5 * 6 + 0,8 * 6 + 9,81 * 2,4) * 0,08 = 10,67 kN.

M ro = F p * (d cf / 2) * tan (α + φ) =

10,67 * (0,044/2) * tg (5,5 ° + 4 °) = 39,27 Nm.

4.1.1.3. Hasznos teljesítmény a munkatest tengelyén:

- a "csavaros anya" sebességváltó veszteségei nélkül

P ro = F x * v = 6 * 103 42 * 10-3 = 252 W;

- veszteségek figyelembevételével

P ro = M ro * ω ro = 39,27 * 19,8 = 777,5 W.

4.1.1.4. A statikus nyomaték a motor tengelyére vonatkozik,

M pc = M ro / (i 12 * η 12) = 39,27 / (5 * 0,9) = 8,73 N * m.

4.1.1.5. A motor tengelyének szögsebessége

ω dv = ω ro * i 12 = 19,8 * 5 = 99 rad/s.

4.1.1.6 Motor tengely teljesítménye

R dv = M rs * ω dv = 8,73 * 99,1 = 864,3 W.

Megtaláljuk a kinematikai séma kinetikus energiát tároló elemeit: m tömegű tartó, m xv tömegű vezérorsó, J1 sebességváltó fogaskerekei

és J2, az elektromos motor forgórésze - J dv.

4.1.1.7. A munkatest tehetetlenségi nyomatékát a támasz m tömege határozza meg,

v sebességgel halad, és a vezérorsó tehetetlenségi nyomatéka J xv.

A transzlációsan mozgó tolómérő tehetetlenségi nyomatéka

J c = m * v 2 / ω po 2 = m * ρ 2 = 2400 * 0,002122 = 0,0106 kgm 2.

Vezetőcsavar tehetetlenségi nyomatéka

J xv = m xv * (d av / 2) 2 = 100 * (0,044 / 2) 2 = 0,0484 kgm2.

A munkatest tehetetlenségi nyomatéka

J ro = J c + J xv = 0,0106 + 0,0484 = 0,059 kgm 2.

4.1.1.8. A munkatest tehetetlenségi nyomatéka a motor tengelyére redukálva,

J pr = J ro / i 12 2 = 0,059 / 52 = 0,00236 kgm 2.

4.1.1.9. A sebességváltó tehetetlenségi nyomatéka a motor tengelyére vonatkoztatva,

J sáv = J1 + J2 / i 12 2 = 0,03 + 0,6 / 52 = 0,054 kgm 2.

4.1.1.10. Együttható az erőátvitel pillanatnyi tehetetlenségi nyomatékát figyelembe véve

a motor forgórészének tehetetlensége,

δ = (J dv + J transz) / J dv = (0,2 + 0,054) / 0,2 = 1,27.

4.1.1.11. Az elektromos hajtás mechanikus részének teljes tehetetlenségi nyomatéka

J = δ * J dv + J pr = 1,27 * 0,2 + 0,00236 = 0,256 kgm2.

Az elektromos hajtás mozgásának alapegyenlete

Változó statikus nyomatékokkal és tehetetlenségi nyomatékokkal, a sebességtől, az időtől, a motortengely forgásszögétől (lineáris elmozdulás RO) függően az elektromos hajtás mozgásegyenlete általános formában van felírva:

M (x) - M c (x) = J (x) * dω / dt + (ω / 2) * dJ (x) / dt.

Állandó J = const tehetetlenségi nyomatéknál az egyenlet egyszerűsödik

M (x) - M c (x) = J * dω / dt, és annak mozgás alapegyenletének nevezzük.

Az M (x) - M egyenlet jobb oldalát (x) = M dyn dinamikusnak nevezzük

pillanat. Az M din előjel határozza meg a dω / dt derivált előjelét és az elektromos hajtás állapotát:

- M din = dω / dt> 0 - a motor felgyorsul;

- M din = dω / dt< 0 – двигатель снижает скорость;

- M din = dω / dt = 0 - a motor állandósult üzemű, fordulatszáma változatlan.

A gyorsulás mértéke az elektromos hajtás J tehetetlenségi nyomatékától függ, amely meghatározza az elektromos hajtás mechanikus részének tárolási képességét.

kinetikus energia.

Az üzemmódok elemzéséhez és a problémák megoldásához kényelmesebb a mozgás alapegyenletét relatív egységekben (p.u.) felírni. Az M b = M n nyomaték alapértékeiként a motor névleges elektromágneses nyomatéka, az ω b = ω fordulatszám az ideális üresjárati fordulatszám névleges armatúrafeszültség és névleges gerjesztőáram mellett, az alapegyenlet a mozgás pu formában van írva

M - M s = T d * dω / dt,

ahol T d = J * ω he / M n - elektromos hajtás, figyelembe véve a csökkentett RO tehetetlenségi nyomatékot. A jelenlét a T d egyenletben

azt jelzi, hogy az egyenlet p.u-ban van felírva.

4.1.2.1. feladat

Számítsa ki egy motorral (P n = 8,1 kW, ω n = 90 rad / s, U n = 100 V, I n = 100 A) rendelkező mechanizmusra és a teljes tehetetlenségi nyomatékra J = 1 kgm 2 dinamikus nyomatékkal M din, az elektromos hajtás gyorsulása ε, a fordulatszám végértéke ω vége, a motortengely forgásszöge α a Δt = ti / T d = 0,5 időintervallum alatt, ha M = 1,5, M c = 0,5, ω start = 0,2.

Megoldás

A mozgás alapegyenlete a p.u.

M - M s = T d dω / dt

A motor mechanikai időállandója

T d = J * ω he / M n.

Az ω he és M n értékeit a motor katalógusadatai alapján számítjuk ki (lásd 4.2.1. feladat).

Ideális alapjárati fordulatszám

ω he = U n / kF n = 100/1 = 100 rad / s.

Névleges elektromágneses momentum

M n = kF n * I n = 1 * 100 = 100 Nm.

Mechanikus időállandó

T d = J * ω he / M n = 1 * 100/100 = 1 s.

4.1.2.1. Dinamikus pillanat

M din = M - M s = 1,5 - 0,5 = 1.

4.1.2.2. Az elektromos hajtás gyorsulása (t b = T d-nél)

ε = dω / (dt / T d) = (M - M s) = M din = 1.

Sebességnövekedés egy időtartam alatt Δt = t i / T d = 0,5:

Δω = (M - M s) * ti / T d = (1,5 - 0,5) * 0,5 = 0,5.

4.1.2.3. A sebesség végső értéke a szakaszon

ω vége = ω kezdet + Δω = 0,2 + 0,5 = 0,7.

4.1.2.4. Az elforgatási szög növekménye

Δα = ω kezdet * Δt + (ω vége + ω kezdet) * Δt / 2 =

0,2 * 0,5 +(0,7 + 0,2)*0,5 / 2 = 0,325.

Határozzuk meg a kapott értékeket abszolút egységekben:

M din = M din * M n = 1 * 100 = 100 Nm;

ε = ε * ω he / t b = 1 * 100/1 = 100 rad / s 2;

Δω = Δω * ω it = 0,5 * 100 = 50 rad/s;

ω vége = ω vége * ω it = 0,7 * 100 = 70 rad / s;

Δα = Δα * ω he * t b = 0,325 * 100 * 1 = 32,5 rad.

4.1.3. Az elektromos hajtás mechanikai részének tranziens folyamatai

Az M (t) és ω (t) terhelési diagramok kiszámításához és megszerkesztéséhez a mozgás alapegyenletének megoldását használjuk.

М - М с = Т d d ω / dt,

amelyből véges növekmény esetén M = const és M c = const adott t i esetén megkapjuk a sebességnövekedést

Δω = (M - M s) * t i / T d

és a szakasz végén lévő sebességértéket

ω = ω start + Δω

4.1.3.1. feladat

A motorra (ω he = 100 rad / s, M n = 100 Nm, J = 1 kgm 2) számítsa ki a gyorsulást és építse fel az ω (t) tranziens folyamatot, ha M = 2, ω start = 0, M s = 0.

Megoldás

Mechanikus időállandó

T d = J * ω he / M n = 1 * 100/100 = 1 s.

Sebességnövekedés Δω = (M - M s) * t i / T d = (2 - 0) * t i / T d,

és t i = T d-nél Δω = 2-t kapunk.

A sebesség ez idő alatt eléri az értéket

ω = ω kezdet + Δω = 0 + 2 = 2.

A fordulatszám eléri az ω = 1 értéket Δt = 0,5-ben, ekkor a gyorsítás leáll, és a motor nyomatéka az M = M s statikus nyomaték értékére csökken (lásd 4.1.3.1. ábra).

Rizs. 4.1.3.1. Mechanikai tranziens folyamat M = konst

4.1.3.2. feladat

A motorra (ω he = 100 rad / s, M n = 100 Nm, J = 1 kgm 2) számítsa ki a gyorsulást és építse fel a tranziens fordított folyamatot ω (t), ha M = - 2, ω start =

Megoldás

Sebességnövelés

Δω = (M - M s) * t i / T d = (–2 –1) * t i / T d.

Az alapidőhöz t b = T d sebességnövekedés Δω = –3, végsebesség

ω vége = ω kezdet + Δω = 1–3 = – 2.

A motor leáll (ω vége = 0) Δω = - 1 időpontban, t i = T d / 3 időpontban. A visszafordítás ω vége = - 1 időpontban ér véget, míg Δω = –2, t i = 2 * T d / 3. Ekkor a motor nyomatékát M = M s értékre kell csökkenteni. A figyelembe vett tranziens folyamat egy aktív statikus pillanatra érvényes (lásd.

rizs. 4.1.3.2., a).

Egy reaktív statikus nyomatékkal, amely a mozgás irányának megváltoztatásakor előjelét váltja, a tranziens folyamat két részre szakad

színpad. Mielőtt a motor leállna, a tranziens folyamat ugyanúgy megy végbe, mint amikor M aktív. A motor leáll, ω vége = 0, majd Δω = - 1, fékezési idő t i = T d / 3.

Amikor a mozgás iránya megváltozik, a kezdeti feltételek megváltoznak:

Ms=-1; ω start = 0; M = - 2, kezdeti idő Δt start = T d / 3.

Ekkor a sebességnövekedés lesz

Δω = (M - M s) * t i / T d = (–2 - (–1)) * t i / T d = - t i / T d.

A t i = Т d időpontban a sebességnövekedés Δω = - 1, ω vége = –1, az ellenkező irányú gyorsulás Δt = T d, a fordított irányú gyorsulás Δt = 4 * T d / 3 értékkel történik. Ekkor a motor nyomatékát M = M s értékre kell csökkenteni (lásd 4.1.3.2. ábra, b). Így egy reaktív M s esetén a fordított idő megnőtt

mechanikus része el. A hajtás különböző sebességgel mozgó merev testek rendszere. Mozgásegyenlete meghatározható a motor-munkagép rendszer energiatartalékainak elemzése, vagy Newton második törvényének elemzése alapján. De a leggyakoribb jelölési forma a dif. A rendszer mozgását meghatározó egyenletek, amelyekben a független változók száma megegyezik a rendszer szabadságfokainak számával, a Lagrange-egyenlet:

Wk a mozgási energia készlete; - általánosított sebesség; qi - általánosított koordináta; Qi - általánosított erő, amelyet a lehetséges Dqi elmozdulásokra ható összes erő DAi elemi munkáinak összege határoz meg:

A rendszerben potenciális erők jelenlétében a Lagrange-képlet a következőképpen alakul:

2) , ahol

L = Wk-Wn A Wk kinetikus és a Wn potenciális energia közötti különbséggel egyenlő Lagrange-függvény.

Általánosított koordinátaként, azaz független változóként a rendszerben különböző szög- és lineáris elmozdulások egyaránt felvehetők. Háromtömegű rugalmas rendszerben a j1, j2, j3 tömegek szögelmozdulását és a megfelelő w1, w2, w3 szögsebességeket célszerű a koordináta általánosításaként venni.

A kinetikus energia készlete a rendszerben:

Csavarodásnak kitett rugalmas elemek deformációjának potenciális energiája:

Itt M12 és M23 a J1 és J2, J2 és J3 tehetetlenségi tömegek rugalmas kölcsönhatási nyomatékai, a j1-j2 és j2-j3 deformáció nagyságától függően.

A М és Мс1 nyomatékok a J1 tehetetlenségi tömegre hatnak. A J1-re alkalmazott nyomatékok elemi munkája egy lehetséges Dj1 elmozduláson.

Ezért az általánosított erő .

Hasonlóképpen, az összes alkalmazás elemi munkája a 2. és 3. tömegre és a lehetséges Dj2 és Dj3 elmozdulások nyomatékaira: , ahol

, ahol

Mivel a motor elektromágneses nyomatékát nem a 2. és 3. tömegre alkalmazzák. Lagrange függvény L = Wk-Wn.

A Q1`, Q2` és Q3` értékeit figyelembe véve és a Lagrange-egyenletbe behelyettesítve megkapjuk a háromtömegű rugalmas rendszer mozgásegyenleteit.

Itt az 1. egyenlet határozza meg a J1 tehetetlenségi tömeg mozgását, a 2. és 3. mozgás a J2 és J3 tehetetlenségi tömegek mozgását.

Kéttömegű rendszer esetén Ms3 = 0; J3 = 0 a mozgásegyenletek a következők:

Merev redukált mechanikus láncszem esetén;

A mozgásegyenletnek megvan a formája

Ez az egyenlet az e-mailek mozgásának alapegyenlete. hajtás.

Az email rendszerben Egyes mechanizmusok meghajtása hajtókarat tartalmaz - hajtókar, billenő, kardán sebességváltó. Az ilyen mechanizmusok esetében az „r” redukciós sugár nem állandó, a mechanizmus helyzetétől függ, így az ábrán látható forgattyús mechanizmus esetében.

Ebben az esetben a mozgásegyenlet a Lagrange-képlet alapján vagy a motor-munkagép rendszer energiamérlegének összeállítása alapján is megkapható. Használjuk az utolsó feltételt.

Legyen J az összes mereven és lineárisan összekapcsolt forgó elem teljes tehetetlenségi nyomatéka, a motor tengelyére redukálva, és m - a mechanizmus működő tagjához mereven és lineárisan kapcsolódó, V sebességgel mozgó elemek össztömege. w és V közötti kapcsolat nemlineáris, és. A kinetikus energia készlete a rendszerben:

Mivel, és .

Itt látható a rendszer teljes tehetetlenségi nyomatéka a motor tengelyére csökkentve.

Dinamikus teljesítmény:

Dinamikus pillanat:

Vagy mert akkor

A kapott mozgásegyenletek lehetővé teszik az e-mail lehetséges mozgásmódjainak elemzését. hajtás dinamikus rendszerként.

Az elektromos hajtásnak 2 üzemmódja (mozgása) van: állandósult és tranziens, az állandósult állapot pedig lehet statikus vagy dinamikus.

Statikus módú e-mail merev csatlakozású meghajtásra akkor kerül sor, ha ,,. Azoknál a mechanizmusoknál, amelyeknél az Mc függ a forgásszögtől (például hajtókar), még akkor is és nincs statikus üzemmód, hanem állandó dinamikus üzemmód megy végbe.

Minden más esetben, azaz a és a tranziens rezsim megy végbe.

Átmeneti folyamat el. a hajtást, mint dinamikus rendszert nevezzük annak működési módjának az egyik állandósult állapotból a másikba való átmenet során, amikor a motor árama, nyomatéka és fordulatszáma megváltozik.

A tranziens folyamatok mindig az elektromos hajtás tömegeinek mozgási sebességének változásával járnak, ezért ezek mindig dinamikus folyamatok.

Átmeneti rendszer nélkül egyetlen e-mailt sem hajtanak végre. hajtás. Email A hajtás tranziens üzemmódokban működik indításkor, fékezéskor, sebességváltoztatáskor, hátramenetben, kiguruláskor (hálózatról való leválasztás és szabadonfutás).

A tranziens üzemmódok előfordulásának oka vagy a motorra gyakorolt ​​hatás a betáplált feszültség vagy frekvencia változtatásával, a motor áramkörök ellenállásának megváltoztatásával, a tengely terhelésének megváltoztatásával, a tehetetlenségi nyomaték megváltoztatásával.

Tranziens üzemmódok (folyamatok) keletkeznek baleset vagy más véletlenszerű okok következtében is, például a feszültség értékének vagy frekvenciájának megváltozásakor, fáziskimaradáskor, a tápfeszültség kiegyensúlyozatlanságában stb. Külső ok (zavaró) hatás) csak egy külső impulzus, felszólító e-mail. tranziens folyamatokra való törekvés.

Az elektromos hajtás mechanikus részének, mint vezérlőobjektum átviteli funkciói, blokkvázlatai és frekvenciakarakterisztikája.

Tekintsük először a mechanikai részt, mint egy abszolút merev mechanikai rendszert. Egy ilyen rendszer mozgásegyenlete:

Sebességváltó funkció

A mechanikai rész szerkezeti diagramja ebben az esetben, amint az a mozgásegyenletből következik, a 2. ábrán látható formájú.

Ábrázoljuk ennek a rendszernek a LAFC-jét és LPCHH-ját. Mivel a kapcsolat az átviteli funkcióval integráló, az LFC meredeksége 20 dB / dec. Amikor Mc = const terhelést alkalmazunk, egy ilyen rendszerben a sebesség egy lineáris törvény szerint nő, és ha М = Мс nincs korlátozva, akkor ¥-re nő. Az M és w ingadozások, azaz a kimeneti és a bemeneti értékek közötti eltolódás állandó és egyenlő.

Egy kéttömegű rugalmas mechanikai rendszer tervezési diagramja, amint azt korábban bemutattuk, az ábrán látható formában van.

Ennek a rendszernek a szerkezeti diagramja a mozgásegyenletek alapján előállítható; ;

Átviteli funkciók

.

Az ezeknek a vezérléseknek megfelelő szerkezeti diagram a következő:

Ennek a rendszernek, mint vezérlőobjektumnak a tulajdonságainak tanulmányozásához MC1 = MC2 = 0-t veszünk, és szintézist hajtunk végre a vezérlési művelethez. A szerkezeti diagramok ekvivalens transzformációjának szabályait felhasználva megkaphatjuk az átviteli függvényt a w2 kimeneti koordináta összekapcsolása a bemeneti koordinátával, amely w1 és az átviteli függvény a w1 kimeneti koordinátán.

;

A rendszer jellemző egyenlete: .

Egyenletgyökök: .

Itt W12 a rendszer szabad rezgésének rezonanciafrekvenciája.

A képzeletbeli gyökerek jelenléte azt jelzi, hogy a rendszer a stabilitás határán van, és ha tolják, akkor nem bomlik le, és egy rezonanciacsúcs jelenik meg a W12 frekvencián.

Kijelölésével; , ahol

W02 a 2. tehetetlenségi tömeg rezonanciafrekvenciája J1 ® ¥-nél.

Ezt szem előtt tartva az átviteli funkciók működnek , és így fog kinézni:

Ez megfelel a szerkezeti diagramnak:

A rendszer viselkedésének elemzéséhez a mechanikai rész LAPH-ját és LPFH-ját vezérlő objektumként konstruáljuk meg először a w2 kimeneti koordinátán, a kifejezésben a Ww2 (r) R helyére jW-re cseréljük. ábrán láthatók.

Ebből következik, hogy a rendszerben mechanikai rezgések lépnek fel, és a rezgések száma eléri a 10-30-at. Ebben az esetben a J2 tehetetlenségi tömeg rezgése nagyobb, mint a J1 tömegé. W> W12-nél az L (w2) nagyfrekvenciás aszimptóta meredeksége -60 dB / dec. És nincsenek olyan tényezők, amelyek bármelyiknél gyengítenék a rezonáns jelenségek kialakulását. Következésképpen, amikor fontos a J2 tehetetlenségi tömeg kívánt mozgásminőségének elérése, valamint a rendszer koordinátáinak beállításakor, akkor előzetes ellenőrzés nélkül nem lehet figyelmen kívül hagyni a mechanikai láncszemek rugalmasságának befolyását.

Valós rendszerekben az oszcillációk természetes csillapítása van, amely bár nem befolyásolja jelentősen az LAPH és az LPFH alakját, azonban a rezonanciacsúcsot egy véges értékre korlátozza, amint azt a szaggatott vonal mutatja az 1. ábrán.

A rendszer w1 kimeneti koordinátán való viselkedésének elemzéséhez a mechanikai rész LACH-ját és LPHCH-ját is megszerkesztjük vezérlőobjektumként. Az átvitel eredményeként kapott szerkezeti diagram

funkciókat úgy néz ki, mint a:

A frekvencia jellemzői az alábbiakban láthatók:

A J1 tehetetlenségi tömeg mozgását a karakterisztika és a szerkezeti diagram alapján a rugalmas kölcsönhatás alacsony rezgési frekvenciáin a teljes tehetetlenségi nyomaték határozza meg, és a mechanikai rész integráló láncszemként viselkedik, mivel az L ( w1) aszimptotikusan megközelíti az aszimptotát, amelynek meredeksége - 20 dB / dec. M = constnál a w1 sebesség egy lineáris törvény szerint változik, amely ráépül a rugalmas kapcsolat okozta lengésekre. Amikor az M pillanat rezgési frekvenciája megközelíti a W12-t, a w1 sebességrezgések amplitúdója megnő, és W = W12-nél a végtelenbe hajlik. Ebből következik, hogy minél közelebb van 1-hez, azaz J2 esetén<az integráló link függvényének tekinthető (a második linkben lévő szerkezeti diagramban a kifejezés számlálója és nevezője lecsökken) és az e-mail mechanikus része. a hajtás abszolút merev mechanikus láncszemnek tekinthető.

Ha g >> 1, azaz J2> J1 és ha a vágási frekvencia , mechanikus része el. a hajtás abszolút merevnek is tekinthető (C12 = végtelen).

Mint fentebb említettük, általában g = 1,2-1,6, de általában g = 1,2-100. A 100-as érték jellemző az alacsony fordulatszámú fogaskerekes elektromos hajtásokra, például egy 100 m3-es kanálkapacitású és 100 m-es gémhosszúságú sétáló kotrógép gémes lengőszerkezetére.

Ha a motor által kifejtett nyomaték megegyezik a hajtómű ellenállási nyomatékával, a hajtás sebessége állandó.

Azonban sok esetben a hajtás felgyorsul vagy lassul, pl. tranziens üzemmódban működik.

Átmeneti az elektromos hajtás üzemmódját az egyik állandósult állapotból a másikba való átmenet alatti üzemmódnak nevezzük, amikor a fordulatszám, a nyomaték és az áramerősség változik.

Az elektromos hajtásoknál a tranziens üzemmódok előfordulásának oka a gyártási folyamathoz kapcsolódó terhelés változása, vagy az elektromos hajtásra gyakorolt ​​hatás a szabályozása során, pl. indítás, fékezés, forgásirány változtatás stb., valamint az áramellátó rendszer megszakadása.

Az elektromos hajtás mozgásegyenleténél figyelembe kell venni az összes tranziens üzemmódban ható momentumot.

Általában az elektromos hajtás mozgásegyenlete a következőképpen írható fel:

Pozitív sebességnél az elektromos hajtás mozgásegyenlete ilyen formában van

A (2.10) egyenlet azt mutatja, hogy a motor által kifejlesztett nyomatékot egyensúlyban tartja az ellenállási nyomaték és a dinamikus nyomaték. A (2.9) és (2.10) egyenletekben feltételezzük, hogy a hajtás tehetetlenségi nyomatéka állandó, ami jelentős számú végrehajtó szervre igaz.

A (2.10) egyenlet elemzéséből kiderül:

1) for>, azaz. a hajtás felgyorsul;

2) at< , , т.е. имеет место замедление привода (очевидно, замедление привода может быть и при отрицательном значении момента двигателя);

3) at =,; ebben az esetben a hajtás állandósult állapotban működik.

Dinamikus pillanat(a nyomatékegyenlet jobb oldala) csak tranziensek során jelenik meg, amikor a hajtás fordulatszáma változik. A hajtás gyorsulásakor ez a momentum a mozgás ellen irányul, fékezéskor pedig fenntartja a mozgást.

3. A hajtás statikus stabilitásának fogalma.

Általánosságban elmondható, hogy a statikus stabilitás alatt a rendszer azon képességét értjük, hogy kis zavarással önállóan vissza tudja állítani az eredeti üzemmódot. A statikus stabilitás előfeltétele a rendszer állandó működésének meglétének, de semmiképpen sem határozza meg előre a rendszer azon képességét, hogy a rezsim hirtelen megsértése esetén, például rövidzárlatok esetén tovább működjön.

3.1 ábra - Teljesítményváltozás szögnövekedéssel.

Szóval pont aés a szinuszos teljesítménykarakterisztika növekvő részének bármely más pontja statikailag stabil módusoknak felel meg, és fordítva, a karakterisztika csökkenő részének minden pontja statikusan instabil üzemmódnak felel meg. Ez magában foglalja a következő formális kritériumot a legegyszerűbb rendszer statikus stabilitásához: a generátor szögének és teljesítményének növekedése R ugyanazzal a jellel kell rendelkeznie, azaz, vagy a határértékre lépve:

Pozitív a számára< 90° (рис. 3.3). В этой области и возможны устойчивые установившиеся режимы работы системы. Критическим с точки зрения устойчивости в рассматриваемых условиях (при чисто индуктивной связи генератора с шинами приемной системы) является значение угла = 90°, когда достигается максимум характеристики мощности.

Az elektromos hajtás fő mozgásegyenlete a motor elektromágneses nyomatékát, a statisztikai nyomatékot, az integrációs nyomatékot és a motor tengelyének fordulatszámát köti össze.

A kifejezés bal oldalára írt különbség a dinamikus momentum

Ha a dinamikus nyomaték nem egyenlő 0-val, akkor az elektromos hajtás dinamikus üzemmódban működik, azaz. sebességváltozás van.

Ha vagy akkor a hajtás statikus (azaz beállított) üzemmódban működik.

VESZTESÉGEK A MECHANIKAI SEBESSÉGVÁLTÓBAN. ÁTVITELI HATÉKONYSÁG

Az átviteli energia (teljesítmény) veszteségeket kétféleképpen veszik figyelembe:

1) hozzávetőleges, azaz a hatékonyság felhasználásával és 2) finomított, azaz. az alkatrészek veszteségének közvetlen kiszámítása. Tekintsük ezeket a módszereket.

A. Az átviteli veszteségek elszámolása a hatékonyság segítségével.

Az elektromos hajtás mechanikus része (1.17. ábra) egy w szögsebességű és M nyomatékú EM villanymotor forgórészét, egy hp hatásfokú és j áttételi arányú PM hajtóművet, valamint egy IM működtetőszerkezetet tartalmaz, mely tengelyen M m nyomatékot és wm tengelyfordulatszámot alkalmazunk. Egy motoros üzemmódra az energia megmaradás törvényéből kiindulva felírható az egyenlőség

,
, ahol ,

- a mechanizmus nyomatéka, az elektromos motor tengelyére redukálva.

A fékrendszerre a következő egyenlőség lesz

,
,

A hatékonyság azonban változó, az állandó és változó átviteli veszteségektől függően. Határozza meg a nyomatékveszteséget a sebességváltóban a motor üzemmódhoz

,

Tételezzük fel, hogy fékező üzemmódban ugyanolyan nyomatékveszteség lesz. Ekkor a statikus pillanat fékezési üzemmódban a következőképpen írható fel:

1) , azután , amely megfelel a fékezési módnak, amikor a motor fejleszti a fékezőnyomatékot. Ami az emelőszerkezetet illeti, ez egy nagy teher leengedése, amikor a terhelésnek a motortengelyre gyakorolt ​​hatásából származó M g momentum meghaladja a sebességváltóban a DM veszteségek pillanatát. Megkapjuk az úgynevezett fékes süllyedést;

2) , azután , ami nem a fékezésnek, tehát a motoros üzemmódnak felel meg. Az emelőszerkezet esetében ez egyenértékű a horog leengedésével, amikor a motor tengelyére ható súlyából származó nyomaték M K kisebb, mint a sebességváltóban bekövetkező DM veszteségek nyomatéka. Nálunk van az úgynevezett power decent.

A sebességváltó nyomatékveszteségét hozzávetőlegesen két komponensben fejezzük ki, amelyek közül az egyik egy adott sebességváltó esetében állandó érték, a második pedig arányos az átvitt nyomatékkal:

ahol az állandó veszteségek együtthatója;

b a változó veszteségek együtthatója;

M s.nom - névleges statikus átviteli nyomaték;

M előtt - az átvitt nyomaték, amely megegyezik a kimeneti (az energiaátvitel irányában) erőátviteli tengely nyomatékával.

Az egyenletes mozgáshoz ... Az átviteli hatásfok az állandósult állapotú teljesítmények arányával ábrázolható.

8.1 ALAPVETŐ FOGALMAK ÉS FOGALOMMEGHATÁROZÁSOK

Meghatározás: Az elektromos hajtás különféle gépek és mechanizmusok meghajtására szolgál. Elektromos motorból, vezérlőberendezésből és a motortól a munkagépig tartó átviteli összeköttetésekből áll. A hajtás lehet csoportos, egyéni és többmotoros.

Az első esetben az egyik motor több gépet hajt meg, a másodikban pedig minden gép saját motorral van felszerelve.
A többmotoros hajtás egyetlen gépen lévő motorok csoportja, ahol minden motor külön gépet hajt meg.
Az elektromos hajtás fő követelményei közül a következőket kell megjegyezni:
1. A villanymotornak akkora teljesítményűnek kell lennie, hogy ne csak statikus terhelést, hanem rövid távú túlterhelést is át tudjon vinni.
2. A vezérlőberendezésnek meg kell felelnie a gép gyártási folyamatának összes követelményének, beleértve a sebességszabályozást, a hátramenetet stb.

8.2 AZ ELEKTROMOS HAJTÁS MOZGÁSEGYENLETE

Az elektromos hajtás működése során a villanymotor nyomatékának ki kell egyensúlyoznia a munkagép statikus ellenállási nyomatékát, valamint a mozgó tömegek tehetetlensége miatti dinamikus nyomatékot. Az elektromos hajtás nyomatékegyenlete a következő formában írható fel:

ahol M az elektromos motor nyomatéka;
M s - statikus ellenállási nyomaték;
M din - dinamikus pillanat.

A dinamikus vagy tehetetlenségi nyomaték, amint az a mechanikából ismeretes, egyenlő:

ahol j a mozgó tömegek tehetetlenségi nyomatéka, a motor tengelyére redukálva, kg / m 2;
w - a motor tengelyének forgási szögfrekvenciája, s -1.

A w forgás szögfrekvenciáját az n fordulatszámon keresztül kifejezve a következőt kapjuk:

Az elektromos hajtás nyomatékegyenlete más formában is felírható:

Ha n = állandó, akkor M din = 0, akkor M = M s.

8.3 AZ ELEKTROMOS MOTOR TELJESÍTMÉNYVÁLASZTÁSA

Az elektromos hajtás műszaki-gazdasági mutatói (önköltség, méretek, hatásfok, üzembiztonság, stb.) a villanymotor teljesítményének helyes megválasztásától függenek.
Ha az elektromos motor terhelése stabil, akkor teljesítményének meghatározását csak a katalógusból való kiválasztás korlátozza:

ahol R n a kiválasztott motor teljesítménye,
R terhelés - terhelési teljesítmény.
Ha a villanymotor terhelése változó, akkor szükség van egy I = f (t) terhelési grafikonra.
A sima görbét lépcsőzetes vonal váltja fel, feltételezve, hogy a t1 idő alatt az I1 áram folyik a motorban, a t2 idő alatt az I2 és az áram. stb. (8.3.1. ábra).

A változó áramot egy ekvivalens I e áram váltja fel, amely egy t c működési ciklus alatt lépésenként változó áram mellett ugyanazt a hőhatást váltja ki. Azután:

és az ezzel egyenértékű áramerősség
Az elektromos motor névleges áramának egyenlőnek vagy nagyobbnak kell lennie az ekvivalensnél, azaz.
Mivel szinte minden motorban a nyomaték egyenesen arányos az M ~ I n terhelési árammal, így az ekvivalens nyomaték kifejezése is felírható:

Tekintettel arra, hogy a teljesítmény P = Mw, a villanymotor az egyenértékű teljesítmény szerint is kiválasztható:

Szakaszos üzemben a motornak nincs ideje felmelegedni a beállított hőmérsékletre az üzemidő alatt, és az üzemszünet alatt sem hűl le a környezeti hőmérsékletre (8.3.2. ábra).

Ehhez az üzemmódhoz a relatív bekapcsolási idő (DC) fogalma kerül bevezetésre. Ez egyenlő a munkaidő és a tc ciklusidő összegének arányával, amely a munkaidőből és a t szünetidőből áll kb.

Minél nagyobb a PV, annál kisebb a névleges teljesítmény egyenlő méretekkel. Ezért a ciklusidő 25%-ának névleges teljesítménnyel való működésére tervezett motort nem lehet terhelés alatt hagyni a ciklusidő 60%-áig azonos teljesítménnyel. Az elektromos motorok szabványos, 15, 25, 40, 60% és 25% munkaciklusra készültek; névlegesnek vesszük. A motort ismételt szakaszos működésre tervezték, ha a ciklusidő nem haladja meg a 10 percet. Ha a munkaciklus számított értékei eltérnek a szabványos értékektől, akkor az Re motorteljesítmény kiválasztásakor korrekciót kell végezni:

8.4 ELEKTROMOS KÉSZÜLÉK ÉS ALKATRÉSZEK

Az elektromos áramkörök be- és kikapcsolására szolgáló legegyszerűbb és legelterjedtebb készülék áramköri megszakító.
A kapcsoló típusa olyan kapcsoló, amely képes az áramkör újrakapcsolására, például a motor tekercseinek megfordításakor vagy átkapcsolásakor "csillagról" "deltára".
A kapcsoló egy érintkezőkésből és két pofából áll, szigetelt alapra szerelve. Az egyik pofa csuklós. Az érintkezőkések száma szerint a késkapcsolók egy-, két- és hárompólusúak. A kapcsolót egy szigetelt fogantyú vezérli, amely egyesíti az érintkezőkést.
Néha a vezérlés során elektromos motorokat vagy más működtetőket használnak csomagkapcsolók... Ez egy kis méretű, általában kerek leválasztó berendezés (8.4.1. ábra). A 3 érintkezők szigetelőanyagból készült álló 5 gyűrűkbe vannak beépítve. A gyűrűk belsejében mozgatható tárcsák 8 vannak a 7 tengelyre rögzített érintkezőlemezekkel. és az érintkezők nyitása elérhető, függetlenül a fogantyú 1 forgási sebességétől.
A kapcsolót össze kell szerelni és a fedélhez rögzíteni egy 4 konzol és a 2 csapok segítségével.
A tekercses forgórésszel rendelkező motorok vezérléséhez nagyszámú kapcsolási műveletre van szükség, amelyek további ellenállások be- vagy kimenetéhez szükségesek.

Ezt a műveletet végrehajtják vezérlők, amelyeket dobra és bütyökre különböztetünk meg (8.4.2. ábra).
A dobvezérlő mozgatható érintkezői 4 szegmensek formájában az 5 tengelyhez vannak rögzítve. A 3 rögzített érintkezők a 2 függőleges sínen vannak elhelyezve, és külső áramkörök csatlakoznak hozzájuk. Az érintkezőszegmensek meghatározott mintázatban kapcsolódnak egymáshoz, ráadásul eltérő ívhosszúak.
A vezérlő tengelyének elforgatásakor a szegmensek felváltva érintkeznek a rögzített érintkezőkkel, és az áramkör be- vagy kikapcsolódik.

A vezérlőtengely 1 retesszel van felszerelve, amely több fix helyzetet biztosít számára.
A bütyökvezérlők fejlettebbek, mint a dobvezérlők. Az 5 tengelyre 6 alakos profilú tárcsák vannak rögzítve, amelyek oldalfelületükkel a 7 érintkezőkar görgőjére hatnak, ezáltal meghatározzák a 4 és 3 érintkezők zárt vagy nyitott helyzetét.
Az áramkörök vezérlőkkel történő kapcsolása jelentős fizikai erőfeszítést igényel a kezelőtől. Ezért a gyakori kapcsolású berendezésekben erre a célra használják kontaktorok.
Működési elvük egy elektromágneses rendszer alkalmazásán alapul az erősáramú érintkezők vezérlésében. A mágneskapcsoló kialakítása a ábrán látható. 8.4.3.

Az 1 szigetelt lemezhez mereven van rögzítve egy álló 2 tápérintkező. A 3 karon a lemezhez csuklósan egy mozgatható 4 tápérintkező található.
A tápérintkezők vezérléséhez egy mágneses rendszer van felszerelve a lemezre, amely egy 5 magból, egy 6 tekercsből és egy 7 armatúrából áll, amely a 3 karhoz van rögzítve. A mozgatható érintkezőhöz vezető áramvezetést egy 8 rugalmas vezeték végzi.
Amikor a 6 tekercset a hálózatra csatlakoztatjuk, a 7 armatúra 5 magjának mágneses vonzása következik be, és a 2 és 4 tápérintkezők záródnak. Az áramkör megszakításához válassza le a 6 tekercset, és az armatúra leesik. a mag saját súlya alatt.
A tápérintkezőkön kívül a készülék számos reteszelő érintkezővel rendelkezik 9, amelyek rendeltetését az alábbiakban mutatjuk be.
A mágnestekercs elektromos áramköre segéd vagy vezérlő.
A vezérléshez vezérlőgombokat használnak. A gombok egy- és kétkörösek, NO és NC érintkezőkkel. A gombok legtöbbször önvisszautalással készülnek, pl. a mechanikai nyomás megszüntetésekor az érintkezők visszatérnek eredeti helyzetükbe. ábrán. A 8.4.4 egy gomb kialakítását mutatja be két érintkezőpárral: make és break.

A motor túlterhelés elleni védelme érdekében két hőrelé (két fázis) van beépítve a kontaktorba. Ebben az esetben a kontaktort mágneses indítónak nevezik.
A hőrelé fő része (8.4.5. ábra) egy bimetál lemez 1, amely két különböző tágulási együtthatójú ötvözetből áll.

Az egyik végén lévő lemez mereven rögzítve van a készülék aljához, míg a másik a 2 reteszhez támaszkodik, amely a 3 rugó hatására az óramutató járásával ellentétes irányba fordul. A bimetál lemez mellett egy 4 fűtőelem van elhelyezve, amely sorba van kapcsolva a motorral. Ha nagy áram folyik át az áramkörön, a fűtőelem hőmérséklete megemelkedik. A bimetál lemez felfelé hajlik, és elengedi a 2 reteszt. A 3 rugó hatására a retesz elfordul, és az 5 szigetelőlapon keresztül kinyitja a 6 érintkezőket az indítóvezérlő áramkörben. A relé csak az 1. lemez lehűlése után térhet vissza, ezt a 7 gomb megnyomásával hajthatja végre.
Az elektromos berendezések túlterhelés elleni védelmére biztosítékokat is használnak. Ez egy ellenőrizetlen berendezés, amelyben a túlterhelés miatt az alacsony olvadáspontú anyagból készült olvadó lánc kiég. A biztosítékok lehetnek magos és cső alakúak (8. 4.6. ábra).

Vannak olyan vezérelt eszközök is, amelyek megvédik az elektromos berendezéseket a túlterheléstől. Ezek tartalmazzák túláram relé(8.4.7. ábra).
Az 1. relé tekercset úgy tervezték, hogy áramot szállítson az áramkörben. Ehhez megfelelő keresztmetszetű huzalból készült tekercseléssel rendelkezik.
Azon az áramerősségnél, amelyre a relé be van hangolva, a 2 armatúra a tekercs 3 magjához vonzódik, és a 4 érintkezőhíd segítségével a mágneses indító vezérlőáramkörében lévő 5 érintkezők kinyílnak. Ez a relé automatikusan megszakítja a berendezés áramellátását az áramforrásról.

Gyakran előfordul, hogy le kell választani az elektromos berendezést a hálózatról, ha a feszültség elérte, az érték kisebb, mint a megengedett. Erre a célra feszültségcsökkenési relét használnak. Kialakítása bármilyen elektromágneses reléhez hasonlít, de itt a működés akkor következik be, amikor a tekercs mágnesezettsége csökken, és az érintkezőrendszerrel ellátott armatúra leesik róla.
Az elektromos berendezések védelmi rendszereiben különleges helyet foglal el időrelé... Vannak elektromechanikus és elektronikus időrelék is.
Tekintsük az EV típusú időrelé kialakítását (8.4.8. ábra).

A relé fő egysége az óraszerkezet 2, amelyet az 1. elektromágneses rendszer indít el. A relé tekercs a tápáramkörre csatlakozik, és ha kiold, az óramű működésbe lép. Egy bizonyos idő elteltével a relé érintkezői bezáródnak, és az elektromos berendezés lecsatlakozik a hálózatról. A relé lehetővé teszi a különféle működési módokhoz való konfigurálást.
Az elmúlt években széles körben elterjedtek azok az eszközök, amelyekben az elektromágneses és az érintkezési rendszereket egyetlen egésszé egyesítik. Ezek az úgynevezett reed-kapcsolók (8.4.9. ábra).

Egy zárt, inert gázzal töltött lombikban két vagy három Permaloy érintkezőlemezt forrasztanak. Maguk az érintkezők (aranyból vagy ezüstből) a lemezek szabad végein találhatók. Ha közeledik egy állandó mágnes vagy egy tekercs reed kapcsolójához, az érintkezők záródnak vagy kinyílnak.
A rádióelektronika fejlesztése kapcsán az automata vezérlőrendszerek számmal bővültek érintésmentes logikai elemek... Az információ átvitele és átalakítása az érzékelőtől az aktuátorba egyszerűen a jel két szintjének (két értékének) megkülönböztetésével hajtható végre, amelyek mindegyike megfelelhet például a 0 és 1 szimbólumoknak vagy az igazság fogalmának. "igen és nem". Ebben az esetben a jelnek bármikor van két lehetséges értéke egyike, és bináris jelnek nevezik.

8.5 AUTOMATIKUS VEZÉRLÉS ALAPELVEI ÉS ÁBRÁK

8.5.1. ELLENŐRZÉSI ALAPELVEK

Az automatikus vezérlés elve az, hogy emberi beavatkozás nélkül az elektromos berendezések be- és kikapcsolására vonatkozó műveletek szigorú és egymást követő végrehajtása, valamint a meghatározott működési mód betartása történik.
Kétféle vezérlés létezik: félautomata és automatikus. Nál nél félautomata vezérlés a kezelő végrehajtja az objektum kezdeti indítását (gomb megnyomása, fogantyú elfordítása stb.). A jövőben funkciói csak a folyamat előrehaladásának nyomon követésére korlátozódnak. Nál nél automatikus vezérlés még az egység bekapcsolásához szükséges kezdeti impulzust is egy érzékelő vagy relé küldi. A telepítés teljes mértékben automatikus üzemmódban, adott program szerint működik.
A szoftvereszköz mind elektromechanikus elemek alapján, mind logikai áramkörök felhasználásával megvalósítható.

8.5.2. VEZÉRLÉSI DIAGRAMOK

Íme néhány általános elektromos motorvezérlő áramkör.
Ezek közül a legegyszerűbb az aszinkron háromfázisú motor vezérlőáramköre mágneses kereső segítségével.
A "start" gomb megnyomásakor az elektromágneses tekercs csatlakozik a hálózathoz. A mozgatható armatúra érintkezésbe kerül a tekercsmaggal, és mozgásával lezárja az elektromos motort háromfázisú feszültséget biztosító teljesítményérintkezőket. Az erősakkal egyidejűleg a blokkoló érintkezők is bezáródnak, amelyek megkerülik a "start" gombot, ami lehetővé teszi az elengedést. A "stop" gomb megnyomásakor az elektromágneses tekercs tápáramköre megszakad, és az armatúra, miután kiszabadult, eltűnik, és ezzel egyidejűleg kinyitja a tápérintkezőket. A motor leáll.
Az elektromos motor hosszan tartó túlterhelés elleni védelmét itt két, két fázisban lévő RT hőrelé biztosítja. A PT1 és PT2 hőrelék leválasztó érintkezői az elektromágneses tekercs tápáramkörébe kerülnek.

A megfordítható motorvezérléshez két mágneses indítóval ellátott áramkört használnak (8.5.2.2. ábra).
Az egyik mágneses indító a motor kapcsoló áramkörét előre, a másik pedig hátra forgásra kapcsolja.
Az "előre" és a "hátra" gombok rendre összekötik a tekercseiket, a "stop" gomb és a hőrelé leválasztó érintkezői pedig a közös vezérlőáramkörbe tartoznak.