Виды переходных режимов в электроприводах

Переходным процессом называется процесс перехода электропривода от одного установившегося состояния к другому, когда одновременно изменяются скорость, момент и ток двигателя, а также скорость и моменты всех звеньев кинематической цепи, соединяющей двигатель с рабочим органом механизма.

К переходным процессам относятся пуск, торможение и реверс электропривода, переход с одной скорости на другую, а также процессы, вызванные изменениями момента на валу двигателя, изменением напряжения сети. Характер протекания и длительность переходного процесса в ряде производственных механизмов определяют производительность, особенно когда длительность рабочего цикла соизмерима с временем разгона и торможения.

Кроме того, потери энергии в двигателе при пуске и торможении могут оказаться соизмеримыми с потерями в установившихся режимах. Поэтому при определении мощности двигателя необходимо учитывать потери при пуске и торможении, особенно когда число пусков и торможений в час относительно велико.

Характер и длительность переходного процесса определяются моментом двигателя, моментами сил сопротивления (трения, резания, деформации и т. д.), массами и моментами инерции движущихся тел. Зависимости n, М, I от времени и продолжительность переходного процесса можно определить с помощью известного из механики уравнения движения. Для поступательного движущегося тела

(12,1)

F - F _c = mdv/dt.

Для вращающегося тела

(12,2)

М - M _c = J d ω/ dt.

В формулах (12.1) и (12.2) приняты следующие обозначения: F, М — движущая сила и движущий момент, Н, Н•м; F _c, М _с — сила и момент сопротивления, Н, Н•м; т, J — масса и момент инерции тела, кг, кг•м²; v, ω, t — скорость, угловая скорость и время, м/с, рад/с, с.

Уравнения движения соответствуют одному поступательно движущемуся или вращающемуся телу. Любой, даже самый простейший производственный механизм, например изображенный на рис. 12.1, состоит не из одного, а из нескольких движущихся или вращающихся с различными частотами тел (шестерен, валов, шкивов и т. д.). Поэтому при расчете переходных процессов электроприводов потребовалось бы составить и совместно решить столько уравнений, сколько звеньев с различными скоростями имеет механизм. Для упрощения задачи все моменты инерции, моменты сил сопротивления и движущие моменты приводят к одной скорости — обычно к скорости вала двигателя; в результате этого все звенья механизма заменяют одним эквивалентным звеном, для которого составляют и затем решают одно уравнение движения. Динамические свойства эквивалентного звена будут такими же, как и механизма, если:

а) кинетическая энергия эквивалентного звена равна кинетической энергии всех звеньев механизма;

б) мощности на валу эквивалентного звена, обусловленные движущим моментом и моментами сил сопротивлений, те же, что и соответствующие мощности, передаваемые звеньями механизма.

На основании этих условий для системы, состоящей из k звеньев, можно написать

J экω2эк	= J д	ωд2	+ J 1	ω12	+... + Jk	ω k 2	.

Рис. 12.1. Кинематическая схема механизма (а); пояснения к графо- аналитическому методу расчета времени переходного процесса (б)

Разделив почленно на ω_э, получим

J эк = J д(	ωд	)2 + J 1(	ω1	)2 +... + Jk (	ω k	)2,
ωэк	ωэк	ωэк

где J _эк, ω_эк — момент инерции и угловая скорость вращения эквивалентного звена; J _д, ω_д — момент инерции и угловая скорость двигателя; J ₁, J ₂,..., J_k —моменты инерции звеньев механизма, вращающихся соответственно с угловыми скоростями ω₁, ω₂,..., ω _k.

Если скорость эквивалентного звена равна скорости двигателя, то

J эк = J д+ J 1(	ω1	)2 +... + Jk (	ω k	)2,
ωд	ωд

Эквивалентный момент инерции J _эк обычно обозначают J _и называют моментом инерции всех звеньев механизма, включая и момент инерции двигателя.

Момент сил сопротивления, приведенный к валу двигателя, с учетом КПД механизма для случая передачи энергии от двигателя к механизму определяется из соотношения

Р _с,пр = Р _с/η или М _с,прω_пр = М' _сω ' _с/η.

Отсюда

М с,пр = М' с	ωс			= М с,
ωд	η

где М _с,пр — момент сил сопротивления, приведенный к валу двигателя, имеющего угловую скорость ω_д; М' _с — момент сил сопротивления звена, имеющего угловую скорость ω ' _с; η— КПД передачи.

Уравнение движения эквивалентного звена для двигательного режима работы и реактивного момента сил сопротивления (момент трения, резания и т. п.) будет иметь вид (12.2), где М — момент, развиваемый двигателем; J— момент инерции всех звеньев; М _с — момент сил сопротивления на валу двигателя.

9.Методы расчёта продолжительности переходных режимов, времени пуска и торможения электропривода.