МЕХАНІЧНА ЧАСТИНА ЕЛЕКТРОПРИВОДА ЯК ОБ'ЄКТ УПРАВЛІННЯ

Отримані рівняння руху дозволяють проаналізувати динамічні особливості механічної частини електроприводу як об'єкта управління. Основою для аналізу є структурні схеми, вид яких визначається прийнятою розрахунковою схемою механічної частини. Для прикладу отримаємо структурну схему для двухмассовой системи.

Для отримання структурної схеми двухмассовой пружною механічною системи продифференцируем третє рівняння системи (2.24)

(2.26)

Далі покладемо d / dt = р в рівняннях (2.24), що описують двомасових пружну механічну систему, тоді

(2.27)

Даній системі рівнянь відповідає структурна схема, представлена нижче.

Структурна схема двухмассовой пружною механічною системи

Мал. 2.9. Структурна схема двухмассовой пружною механічною системи

Структурна схема, наведена на рис. 2.9, дає уявлення про механічної частини електроприводу у вигляді двухмассовой пружної системи як об'єкт управління. Керуючим впливом тут є електромагнітний момент двигуна Л /, а збуреннями - моменти навантаження Л /, і Л / ". Регульованими змінними можуть бути швидкості <у, і й) 2, переміщення <р, і <р2, а також навантаження пружного зв'язку Л / 12. Детальний аналіз властивостей двухмассовой механічної пружною системи як об'єкта управління здійснюється за передавальної функції системи, наприклад частотним методом теорії автоматичного управління.

ВЛАСТИВОСТІ СИЛ І МОМЕНТІВ. МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Розглянемо докладніше властивості сил і моментів, що діють на рухомі елементи. За характером дії сили і моменти ділять на активні і реактивні [7].

Активними називають сили або моменти, обумовлені зовнішніми по відношенню до елементу джерелами механічної енергії і діючі незалежно від напрямку руху елемента. Так, активними будуть сили або моменти, створювані в двигуні і прикладаються до його рухомого елементу, що входить в механічну частину приводу. Надалі будемо виділяти цю групу активних сил або моментів, оскільки їх формування - важлива функція електроприводу. Активними можуть бути сили і моменти статичних навантажень, обумовлені потенційною енергією вантажів, якщо при їх переміщенні є вертикальна складова, енергією стиснутих пружин, вітру, потоку води і т. Л. Характерна особливість активних сил і моментів - незалежність напрямки їх дії від напрямку руху. Так, статичний момент (Л / с), обумовлений вагою вантажу, завжди, і при підйомі, і при спуску, спрямований в одну сторону (характеристика 1 'на рис. 2.10).

Реактивними називають сили і моменти, що виникають як реакція на рух і завжди спрямовані проти руху. Характерним прикладом можуть служити сили і моменти тертя (характеристика у вигляді ламаної лінії 1 на рис. 2.10): вони завжди супроводжують рух і завжди протидіють йому. Характеристика 1 відноситься до виконавчого органу виробничого механізму, опір при русі якого, створюється, головним чином, силами тертя. Тому таку характеристику 'також називають характеристикою сухого тертя.

Механічні характеристики виробничих механізмів

Мал. 2.10. Механічні характеристики виробничих механізмів

Реактивними є сили і моменти, обумовлені непружної деформацією або будь-яким руйнуванням матеріалів: різанням металу, деформацією злитка валками прокатного стану, руйнуванням гірської породи ковшем екскаватора і т. П.

Сили і моменти, прикладені до досліджуваних елементів, можуть залежати від часу, просторової координати, її похідних. При розгляді роботи електричного двигуна, який приводить в дію виробничий механізм, перш за все, необхідно виявити відповідність механічних характеристик двигуна характеристиці виробничого механізму. Тому для правильного проектування і економічної експлуатації електроприводу необхідно вивчити ці характеристики.

Залежність між приведеними до валу двигуна кутовий швидкістю обертання і моментом опору механізму називають механічною характеристикою виробничого механізму з = f (M c ). Робочі машини і виробничі механізми мають різними механічними характеристиками. Аналітичний вираз, що встановлює зміна статичного моменту опору від кутової швидкості, для більшості робочих машин і механізмів може бути представлено наступною емпіричною залежністю:

(2.28)

де Л / с - момент опору виробничого механізму при швидкості с; М " - момент опору тертя в рухомих частинах механізму; М смт - момент опору при номінальній кутовий швидкості обертання х - показник, що характеризує зміну моменту опору при зміні швидкості.

Наведене вираз дозволяє класифікувати механічні характеристики виробничих механізмів орієнтовно па наступні основні категорії [7]:

  • 1. Не залежить від швидкості механічна характеристика пряма (характеристики 1 і 1 'рис. 2.10). При цьому х = 0 і момент опору не залежить від швидкості. Такий характеристикою володіють, наприклад, підйомні крани, лебідки, механізми подач металорізальних верстатів, поршневі насоси при незмінній висоті подачі, конвеєри з постійною масою переміщуваного вантажу, а також механізми, у яких основним моментом опору є момент тертя, так як зазвичай в межах робочих швидкостей момент тертя змінюється мало.
  • 2. лінійно-возрастаюшая механічна характеристика (пряма 2 на рис. 2.10). В цьому випадку при х = 1 момент опору змінюється прямо пропорційно кутової швидкості. Таку характеристику мають, наприклад, такі механізми: пастоізготовіте- чи, коренерізки, різні зерноочисні машини, привід генератора постійного струму з незалежним збудженням і ін.
  • 3. Нелінійно-зростаюча (параболічна) механічна характеристика (крива 3 на рис. 2.10). При х = 2 механічна характеристика має параболічний характер, і момент опору залежить від квадрата швидкості. Механізми, що володіють такою характеристикою, називають іноді механізмами з вентиляторним моментом, оскільки у вентиляторів момент опору залежить від квадрата швидкості. До механізмів, що володіє параболічної механічною характеристикою, відносяться також відцентрові насоси, гребні гвинти, сепаратори, молотильні барабани під час пуску їх вхолосту.
  • 4. Нелінійно-спадає механічна характеристика (крива 4 на рис. 2.10). При цьому х = - 1 і момент опору М з змінюється обернено пропорційно швидкості, а потужність, споживана механізмом, залишається постійною. Такий характеристикою володіють, наприклад, деякі токарні, розточувальні, фрезерні та інші металорізальні верстати, моталки в металургійному виробництві і т. П.

Ці характеристики не вичерпують всіх практично можливих випадків, але дають уявлення про характеристики деяких типових виробничих механізмів.

Механічною характеристикою електричного двигуна називається залежність його частоти обертання або кутової швидкості від крутного моменту п = ДМ) або зі = f (M).

Ступінь зміни швидкості обертання зі зміною моменту у різних типів електродвигунів неоднакова. Величина, що характеризує цю зміну, називається жорсткістю механічної характеристики (/?)

Поняття жорсткості може бути застосовано і до механічних характеристиках виробничих механізмів. Ці характеристики можна оцінювати жорсткістю

(2.30)

У разі нелінійної характеристики електродвигуна величина жорсткості непостійна і визначається в кожній точці як похідна моменту по кутовий швидкості. Лінійні механічні характеристики мають постійну жорсткість.

Зазвичай на робочих ділянках механічні характеристики двигунів мають негативну жорсткість р < 0.

Механічні характеристики електродвигунів можна розділити на три основні категорії в залежності від жорсткості (/ 3).

  • 1. Абсолютно жорстка характеристика (характеристика, у якій кутова швидкість зі зміною моменту залишається незмінною). Наприклад, наведена на рис. 2.11, механічна характеристика 1 синхронного двигуна.
  • 2. Жорстка механічна характеристика (характеристика, у якій кутова швидкість зі зміною моменту хоча і падає, але в малому ступені). Наприклад, наведені на рис. 2.11, природна характеристика 2 двигуна постійного струму незалежного збудження і робоча частина природної механічної характеристики 3 асинхронного двигуна.

Природні механічні характеристики двигунів

Мал. 2.11. Природні механічні характеристики двигунів

3. М'яка механічна характеристика (характеристика, у якій зі зміною моменту кутова швидкість значно змінюється). Наприклад, наведені на рис. 2.11, характеристика 4 двигуна постійного струму послідовного і характеристика 5 двигуна постійного струму змішаного збудження.

Механічні характеристики, що розглядаються в сукупності, визначають динамічні силу або момент при будь-якій швидкості, т. Е. Прискорення. Завдяки цьому легко знайти залежності швидкості від часу в динамічних режимах. Важлива властивість механічних характеристик полягає в тому, що вони пов'язують змінні, твір яких визначає потужність: Р = Fv або Р = Ми.

Кожна точка механічної характеристики однозначно визначає як інтенсивність, так і напрямок передачі енергії. З усіх наведених прикладів випливає, що позитивний знак потужності характеризує надходження в елемент енергії від будь-якого зовнішнього джерела, а негативний - її витрачання елементом на вчинення роботи, обумовленої впливом зовнішніх сил.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >