Tryby pracy napędów elektrycznych we współrzędnych prędkości i momentu obrotowego

Większość generowanej energii elektrycznej jest przetwarzana na energię mechaniczną za pomocą napędu elektrycznego, aby zapewnić działanie różnych maszyn i mechanizmów.

Jednym z ważnych zadań jest napęd elektryczny wyznaczenie niezbędnego prawa zmiany momentu M silnika pod pewnym obciążeniem oraz koniecznego charakteru ruchu określonego prawem zmiany przyspieszenia lub prędkości. Zadanie to sprowadza się do syntezy elektrycznego układu napędowego, który zapewnia ustalone prawo ruchu.

W ogólnym przypadku znaki momentów M (moment silnika) i Ms (moment sił oporu) mogą być różne.

Na przykład przy tych samych znakach M i Mc napęd pracuje w trybie silnikowym z rosnącą prędkością w (przyspieszenie kątowe e> 0).W tym przypadku obrót napędu następuje w kierunku przyłożenia momentu obrotowego M silnika, który może działać w jednym z dwóch możliwych kierunków (zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara).

Jeden z tych kierunków, na przykład zgodny z ruchem wskazówek zegara, jest traktowany jako dodatni, a gdy napęd obraca się w tym kierunku, moment M i prędkość w są uważane za dodatnie. W układzie współrzędnych momentu i prędkości (M, w) taki tryb działania będzie zlokalizowany w kwadrancie I.

Obszary trybów pracy napędu elektrycznego we współrzędnych prędkości w i momentu M

Jeżeli przy nieruchomym napędzie zmieni się kierunek działania momentu M, to jego znak stanie się ujemny, a wartość e (przyspieszenie kątowe napędu)<0. W tym przypadku wartość bezwzględna prędkości w wzrasta, ale jej znak jest ujemny, to znaczy napęd przyspiesza w trybie silnikowym, gdy obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Reżim ten będzie zlokalizowany w III ćwiartce.

Kierunek momentu statycznego Mc (lub jego znak) zależy od rodzaju sił oporu działających na ciało robocze oraz kierunku obrotu.

Moment statyczny jest tworzony przez korzystne i szkodliwe siły oporu. Siły oporu, które maszyna ma pokonać, są przydatne. Ich wielkość i charakter zależą od rodzaju procesu produkcyjnego oraz konstrukcji maszyny.

Szkodliwe siły oporu są spowodowane różnego rodzaju stratami zachodzącymi w mechanizmach podczas ruchu, a po ich pokonaniu maszyna nie wykonuje użytecznej pracy.

Główną przyczyną tych strat są siły tarcia w łożyskach, przekładniach itp., które zawsze utrudniają ruch w dowolnym kierunku. Zatem, gdy zmienia się znak prędkości w, zmienia się znak momentu statycznego Mc, ze względu na wskazane siły oporu.

Takie momenty statyczne są nazywane reaktywne lub pasywne, ponieważ Onito zawsze utrudniają ruch, ale pod ich wpływem, gdy silnik jest wyłączony, ruch nie może nastąpić.

Momenty statyczne tworzone przez użyteczne siły oporu mogą być również reaktywne, jeśli działanie maszyny polega na pokonywaniu sił tarcia, cięcia lub rozciągania, ściskania i skręcania ciał niesprężystych.

Jeżeli jednak proces produkcyjny realizowany przez maszynę wiąże się ze zmianą energii potencjalnej elementów układu (podnoszenie ładunku, odkształcenia sprężyste skręcania, ściskania itp.), to momenty statyczne tworzone przez użyteczne siły oporu są nazywane potencjalne lub aktywne.

Kierunek ich działania pozostaje stały, a znak momentu statycznego Mc nie zmienia się, gdy zmienia się znak prędkości o. W tym przypadku, gdy energia potencjalna układu wzrasta, moment statyczny uniemożliwia ruch (na przykład podczas podnoszenia ładunku), a gdy maleje, sprzyja ruchowi (opuszczaniu ładunku) nawet przy wyłączonym silniku.

Jeżeli moment elektromagnetyczny M i prędkość o są skierowane przeciwnie, to maszyna elektryczna pracuje w trybie zatrzymania, co odpowiada kwadrantowi II i IV. W zależności od stosunku wartości bezwzględnych M i Mc prędkość obrotowa napędu może rosnąć, maleć lub pozostać stała.

Zadaniem maszyny elektrycznej używanej jako główny napęd jest dostarczenie pracującej maszynie energii mechanicznej do wykonania pracy lub zatrzymania pracującej maszyny (np. Dobór napędu elektrycznego do przenośników).

W pierwszym przypadku energia elektryczna dostarczona do maszyny elektrycznej jest zamieniana na energię mechaniczną, a na wale maszyny generowany jest moment obrotowy, który zapewnia obrót napędu i wykonanie pracy użytecznej przez jednostkę produkcyjną.

Ten tryb pracy napędu elektrycznego nazywa się silnik… Moment obrotowy i prędkość silnika są zgodne w kierunku, a moc na wale silnika P = Mw > 0.

Charakterystyka silnika w tym trybie pracy może przebiegać w I lub III ćwiartce, gdzie znaki prędkości i momentu obrotowego są takie same, a więc P > 0. Wybór znaku prędkości przy znanym kierunku obrotów silnik (prawy lub lewy) może być dowolny.

Zwykle za dodatni kierunek prędkości przyjmuje się kierunek obrotu napędu, w którym mechanizm wykonuje główną pracę (np. podnoszenie ładunku za pomocą maszyny podnoszącej). Wtedy następuje praca napędu elektrycznego w przeciwnym kierunku z ujemnym znakiem prędkości.

Aby spowolnić lub zatrzymać maszynę, silnik można odłączyć od sieci. W tym przypadku prędkość maleje pod działaniem sił oporu ruchu.

Ten tryb pracy nazywa się wolny ruch… W tym przypadku przy dowolnej prędkości moment obrotowy napędu wynosi zero, czyli charakterystyka mechaniczna silnika pokrywa się z osią rzędnych.

Aby zmniejszyć lub zatrzymać prędkość szybciej niż przy swobodnym starcie i utrzymać stałą prędkość mechanizmu przy momencie obciążenia działającym w kierunku obrotu, kierunek momentu maszyny elektrycznej musi być przeciwny do kierunku prędkość .

Ten tryb pracy urządzenia nazywa się hamujący, podczas gdy maszyna elektryczna pracuje w trybie generatora.

Moc napędowa P = Mw <0, a energia mechaniczna z pracującej maszyny jest podawana na wał maszyny elektrycznej i zamieniana na energię elektryczną. Charakterystyki mechaniczne w trybie generatora znajdują się w ćwiartkach II i IV.

Zachowanie się napędu elektrycznego, wynikające z równania ruchu, przy zadanych parametrach elementów mechanicznych jest zdeterminowane wartościami momentów silnika i obciążenia na wale korpusu roboczego.

Ponieważ najczęściej analizuje się prawo zmiany prędkości napędu elektrycznego podczas pracy, dla napędów elektrycznych wygodnie jest zastosować metodę graficzną, w której moment silnika i moment obciążenia zależą od prędkości.

W tym celu zwykle wykorzystuje się charakterystykę mechaniczną silnika, która przedstawia zależność prędkości kątowej silnika od jego momentu obrotowego w = f (M), oraz charakterystykę mechaniczną mechanizmu, która określa zależność silnika prędkość na zredukowany moment statyczny wywołany obciążeniem elementu roboczego w = f (Mc) …

Określone zależności dla ustalonej pracy napędu elektrycznego nazywane są statycznymi charakterystykami mechanicznymi.

Statyczne charakterystyki mechaniczne silników elektrycznych