Уравнение движения электропривода

Основные понятия и классификация электропривода

Электрическим приводом называется машинное устройство, служащее для преобразования электрической энергии в механическую и обратно и для управления ею. Основными элементами электропривода являются: электрический двигатель, соединительные устройства, аппаратура управления и защиты и преобразовательные устройства.

В зависимости от характерных признаков электроприводы разделяются на следующие виды:

По назначению - на главный, обеспечивающий главное движе­ние исполнительного органа рабочей машины или основную операцию процесса, и на вспомогательный, обеспечивающий вспомогательное движение исполнительных органов рабочей машины или вспомогательные операции процесса.

По характеру движения, электродвигательного устройства - на вращательный, в котором использован вращающийся электро­двигатель и на линейный, электродвигательным устройством которого является линейный электродвигатель.

По принципу управления частотой вращения и положением исполнительного органа – на нерегулируемый и регулируемый электропривод, нереверсивный и реверсивный, позиционный, следящий, программно-управляемый, адаптивный и др.

По принципу действия электродвигательного устройства - на электропривод непрерывного действия, подвижные части элект­родвигательного устройства, которого во время работы находят­ся в непрерывном движении, и на дискретный электропривод, подвижные части которого движутся через промежутки времени

(скачками).

по виду связи с исполнительным органом рабочей машины - на редукторный, безредукторный, имеющий непосредственную связь электродвигателя с исполнительным органом; на электрогидравлический, имеющий гидравлическое передаточное устрой­ство, и на маховиковый.

По характеру использования электродвигателя - на групповой, где от одного электродвигателя приводится в движение несколько рабочих машин или несколько рабочих органов одной машины; на индивидуальный, обеспечивающий движение одного исполнительного органа рабочей машины; на взаимосвязанный электропривод, в котором подвижные части двух или более двигателей связаны между собой и на многодвигательный, в котором отдельные рабочие органы рабочей машины приводятся в действие отдельными электродвигателями.

По роду тока и виду электродвигательного устройства - на электропривод постоянного тока с двига­телями постоянного тока, на электропривод переменного тока с двигателями переменного тока; асинхронные, синхронные, вентильные и др.

По виду источника питания - на электропривод, питающийся от сети, и на автономный электропривод, питающийся от акку­муляторных батарей, дизельного генератора и т.д.

По виду преобразовательного устройства: УВ-Д  управляемый выпрямитель –двигатель; ШИП-Д широтно-импульсный преобразователь – двигатель; ТПН-АД  тиристорный преобразователь напряжения –асинхронный двигатель; ППЧ-АД полупроводниковый преобразователь частоты – асинхронный двигатель и др. По степени автоматизации электропривод может быть: неавтоматизированным, автоматизированным и автоматическим.

Уравнение движения электропривода  

Совместная работа электропривода с рабочими органами машины сопровождается колебаниями частоты вращения, тока и момента двигателя. Эти изменения вызываются, с одной стороны, изме­нением частоты и напряжения питающей сети, потока возбужде­ния или введением добавочных сопротивлений в цепь якоря, ротора и статора; с другой стороны, колебания частоты вращения или момента двигателя вызываются переменным характером нагрузки рабочей машины. Колебания частоты вращения снижают производитель­ность агрегатов, ухудшают качество обрабатываемого материа­ла или продукта. Изменение частоты вращения, вызванное частыми пусками и остановками электродвигателя и рабочей машины, приводит к перерасходу электрической энергии, что, в конечном счете, повышает себестоимость изделий или продуктов. Таким образом, определение характера изменения частоты вращения рабочей машины имеет вполне определенный практический интерес.

Рассмотрим систему, состоящую из электрического привода и

рабочей машины.

Характер изменения моментов двигателя и рабочей машины при разгоне и торможении, регулировании или стабилизации частоты вращения определяется по закону сохранения энергии:

       А_Д = А_С - А_J,                                                           (1.1)

где  А_Д - энергия, отдаваемая электрическим двигателем;

А_С - энергия, потребляемая рабочей машиной; - кинетическая энергия, запасенная в движущихся частях электродвигателя и рабочей машины.

Для вращательного движения

      А_J = Jω²/2,                                             (1.2)

где J - суммарный момент инерции системы двигатель - рабочая машина;  ω – частота вращения двигателя. Подставим выражение (1.2) в (1.1):

      А_Д - А_С = Jω²/2.                                  (1.3)

Дифференцируем левую и правую части последнего выражения:

                          (1.4)

При этом получим

                               (1.5)

 

Левая часть выражения (1.5) представляет собой разность мощностей двигателя и рабочей машины:

         .                     (1.6)

Поделим на угловую частоту вращения левую и правую части:

                   (1.7)

Полученное выражение носит название уравнения движения электропривода. Оно справедливо для вращательного движения. Для поступательного движения запас кинетической энергии

                                         ( 1.8)

где m - масса поступательно движущихся частей рабочей маши­ны и электродвигателя;  v - линейная скорость движения.

Подставим (1.8) в (1.3) и после небольших преобразований получим:

               (1.9)

Это уравнение движения электропривода для поступательного движения. Для выяснения физического смысла уравнения движения эле­ктропривода проведем некоторые преобразования выражения (1.7): умножим числитель и знаменатель второго слагаемого на ω.

Так как ,  то

                        (1.10)

аналогично для (1.9):

                             

                     (1.11)

Выражения (1.10...1.11) позволяют анализировать характер движения, изменения моментов двигателя и рабочей машины в

переходных режимах.