1 / 5 1 2 3 4 5

Приведение момента сопротивл-я

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 12

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

1. ТИПОВЫЕ СТАТИЧ-Е НАГРУЗКИ ЭП. МЕХ-Е ПП-СЫ ПРИ АКТ-М И РЕАК-НОМ Х-РЕ НАГРУЗКИ.

Кроме ЭМ-го м-нта на мех-скую часть ЭП-да действуют статические нагрузки, кот-е делятся на силы и моменты механ-х потерь и силы и моменты полезных нагрузок ИМ-ов:

где 1ая составл-щая суммы явл-ся суммарными потерями в ЭД-ле и в ИМ-ме, а 2ая – суммарным приведённым м-нтом полезной нагрузки. По хар-ру взаимод-я с ЭП-дом разл-ся активные и реактивные силы и моменты.

1. Вентилят-я нагрузка. Все эл-нты движутся с одинак-й скор-ю. На раб/колесе возникает сопр-е дв-ю, завис-щее от скорости. Общее сопр-е механизма:

Где - номин-й момент вентилятора, – номин-я скорость вентилятора. Если скорости не совпадают – преобр-е устр-ва – редукторы. - мом-нт мех-х потерь на трение в подшипниках раб/колеса.

2. Механизмы с постоянной нагрузкой. Рассмотрим ЭП шпинделя токарного станка.

Взаимод-е резца и заготовки возн-т сила резания: . В процессе обработки заготовки ост-ся пост-й м-нт и не зависит от w (снятие 1го слоя стружки, след-й слой=>др-е усилие. Момент зависит от радиуса заготовки.

3. Мех-я х-ка симметрична относ-но начала координат.

Напр., перемещение тележки мостового крана. Тележка перемещается по гор-му пути. ЭД

ч/з редуктор вращ-т колеса вед-е, преодолевая силу R-ния дв-ю тележки (Fмех), кот.возн-т из-за трения, скольж-я в цапфе и тр-я кач-я колес тележки по рельсам. Т.к. силы и м-нты пропорц-ны норм-му давлению, то:

, где N – кол-во точек трения, а - сила тр-я скольжения. G – сила тяжести тележки. - радиус колес и цапф оси колес. Кз – коэф-т запаса, учит-т разного рода доп-е усилия (напр., трение реборт колес о бок-ю сторону рельса при перекосах и т.д.). Мех-я х-ка на рисунке. Она упрощена, т.к. сила сух-го трения неск-ко больше, чем сила трения продв-я. ЭП д.б. реверс-м=>х-ка симметр-на относ. начала корд-т.

4. Мех-я х-ка, располож-я в правой части сист. координат I и IV квадранты. Причем М = const. ЭД-ль вращает барабан, кот-й перемещает груз. Нагрузкой явл-ся сила тяжести груза. Особен-сть этой нагрузки – она всегда напр-на в сторону спуска и не зависит от его перемещения. Подъем груза. - ЭД

Явл-ся ист-ком (постав-щиком) мех-й энергии.

Если груз надо опус-тить, то

Т.е. ЭД явл-ся приемником мех-й эн-и, и режим исп-ся для тормож-я. . Мс=[0, Мсном], т.е. до номин-й грузоподъемности G=Gном.

5. Мех-я х-ка мех-ма расположена в I и IV квадрантах. Напр., уравновеш-я система – есть противовес.

А) Пусть груз номин-й (предельно допус-й)G_1НОМ>G2.

ЭД – приемник мех-й энергии.

Б) Спуск. ЭД раб-т в тормозном (генерат-м) р-ме, т.е.

Активными силами и м-ми наз-ся силы и моменты, величина и направление которых не зависит от движения ЭПа; напр., силы и моменты, создаваемые перемещаемым по вертикали грузом.

Реакт-е м-нты – м-нты, возник-е как р-ции на дв-е м-нт ЭД или на актив-й м-нт нагрузки. Всегда действ-т навстречу дв-ю. По х-ру зав-сти от скорости разл-т нагрузки типов сухого трения, вязкого трения, вентиляторного типа: a)

М-нты вязкого трения лин-но зав-т от скорости: . В чистом виде встреч-ся редко, в осн-м в виде сух.тр.

По х-ру влияния на мех/колеб-я:

- консерватив-е (при возд-и на сист. Не происх-т поглощ-е эн-и колеб-й. Не зав-т от скорости. Напр.,сила тяж. Работа за кол-е=0)

- диссепатив-е (м-нты, при возд-и кот.. на сист. Происх-т поглощ-е эн-и их колеб-я. Напр., вязкое трение, при изменении знака скорости измен-ся и знак м-нта, а мех-я мощ-сть - сохр-т полож-й знак, что соотв-т поглоощ-ю эн-ю колеб-й).

2. РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ МЕХ-Й ЧАСТИ ЭП-ДА. ПРИВЕДЕНИЕ М-НТА СОПРОТИВЛЕНИЯ, М-НТА ИНЕРЦИИ, ЖЕСТКОСТИ К ВАЛУ ДВ-ЛЯ.

Осн-я задача ЭП – привед-е в дв-е произв-х мех-в и упр-е их дв-м для вып-я технол-х операций. Для расчета – кинем-я сх мез-ма, тех-е данные мех-ма, инф-я о технол-м процессе. Опр-ся – расчет-е (экв-е) сх. мех-й части, расчет пар-ров мех-й части ЭП, сост-ся М/М дв-я ЭП, рассчит-ся частотные х-ки мех-х ПП-в, проивз-ся их анализ.

Вращ-е дв-е: м-нт (Нм), угол поворота (φ), угловая скорость ( , рад/с), угловое ускор-е ( , рад/с2), рывок ( ).

Поступ-е дв-е: плечо, сила (перемещ-е), путь X (м), dx/dt проив-я пути, уск-е, рывок (r=da/dt).

Эл-нты ЭП, облад-е спос-ю накапливать эн-ю, разл-ся по ее виду: 1) кинем-я эн-я. Хар-ся вращ-е дв-е - м-нт инерции (J = кг/м2). Поступ-е – массой.

2) вращ-ся мех-мы накпл-т потенц-ю эн-ю – упр-е эл-нты, деформация кот подчин-ся з-ном Гука. Хар-ся коэф. Жесткости. Кручение: (Н/м*рад). При поступ-м дв-и (сжатие или растяж-е) . Податливость . (При нагружении валы, кино-ремниевые передачи, зубчатое зацепление, канаты и т.д. дефор-ся, т.к. они не абсол-но жесткие.

Приведение момента сопротивл-я

Усл-е привед-я: Т.к. мощ-сть расчет-й схемы и реал-й д.б. одинаковая, то усл-е равенства мощностей: ; Где – передат-е соотношение. Если необх. учит-ть КПД редукторы (потери на трение), то Если движение поступательное механич-й части:

, где разность привед-я. Если необх. учесть потери на трение, то Привед-е м-нтов инерции. Иногда (лин-е перемещ-е, радиус поворота).

Привед-е м-нтов инерции.

Движущиеся части ЭП облад-т кинетич-й эн-й, численно равной работе, потрач-й на ее создание. М-нт приводит к инерции исходя из сохранения кинет-й энергии мех/сист. при переносе момента инерции на вал двигателя.

Для поступ-го: . (т.к. кинет-я эн-я ) При привед-и м-тов инерции потери учит-ть не след-т, т.к. кинет-я энергия с потерями не связана. Общий м-нт инерции при жесткой связи дв-ля и механизма:

Приведение жесткости. Усл-е приведения: рав-ство потенц-х энергий реал-х и привд-х схем. φ – угол закруч-я (поворота).

Для поступ-го движения:

Опр-е м-нта инерции (расчетный и эксперим-й).

3. МЕХ-Я ЧАСТЬ ЭП-ДА КАК ОУ (НА ПРИМЕРЕ ДВУХМАС-ОЙ МОДЕЛИ).

Мс2 – нагрузка, J1 – Рт+жестко св-е с ним эл-нты. М/М-ль и составл-я на ее основе схема явл-ся основой для анализа объекта. На основании схемы можно получить след-е ур-ния:

Из 3) получим: , где , . Получ-я сист – М/М ДМС. На основании системы можно составить структ-ю схему:

Сх. сост-т из 3-х интегр-х звеньев. Упр-щее возд-е – ЭМ-ный м-нт. Возм-е – М12. Перепишем сист-у ур-ний в операт-й форме:

Опр-м Ww1w2(p) замкнутого контура:

Опр-м

Передаточная функция ОС при w1:

Тогда:

Закон изменения скорости нагрузки:

ХАУ:

Р1=0. - где Ω1,2 – резонансная частота (частота своб-х колеб-й ДМ упр-й С). Т.е. ДМС п/с колеб-е звено. Ω1,2 – возм-но возн-е мех-го резонанса.

Рассм. Подробнее дв-е 1й массы (ЭД и все до упр-й сист). Обозн

– соотн-е масс.

- резон-я частота.

– резон-я частота 2-й массы. (собств-е колеб-я 2-й массы при жесткой заделке 1-й ). Тогда:

Тогда мех-ю часть ЭП м. представить в виде 3-х звеньев:

Тогда

4.. МЕХ-Е ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ЛИН-Х ЗАВ-СТЯХ M ( w ) ДВИГАТЕЛЯ И MC ( w )

Измен-е упр-щего или возм-щего возд-я выз-ют в динамич-кой системе ПП-сы. Возможны два случая:1)Мс(w) и М(w) паралл.2) Мс(w) и М(w) не паралл.

--- то при t=0 c1=wнач

, если М>Мс имеем ускорение иначе замедление

---

--- найдём из

при t =0 C 2= то

-парабола.

2)В этом случае м-нт вращения становится не равен моменту сопротивления, возникает динам-й момент:

Из постановки вытекает, что также линейно зав-т от скорости w. Опишем х-ки ур-ми. Введем понятие жесткости мех-й х-ки:

(1)

M – Mc = J (2) – ур-ние движения.

начальных условий при t = 0 А = (3)

Закон изменения момента двигателя во времени:

Учитывая значение жесткости.

Время пп-са – вр., за кот-е изм-ся w от wнач до wкон или М от Мнач до Мкон, опр-ся из (3) – w или (4) – М путем логарифм-я.

(5)

Для случая, когда (х-ка параллельна оси скоростей) пар-ры упрощаются и принимают вид:

5.. ГРАФ-Й АНАЛИЗ МЕХ-Х ПП-СОВ ПРИ ПУСКЕ И РЕВЕРСЕ С АКТ-НОЙ И РЕАКТ-НОЙ НАГРУЗКАМИ.

Пуск: ωнач=0 при t=0, Мдвиг скачком ↑-ся до М=М1. В этом случае ЭП переходит в режим равномерно ускоренного дв-я с ускорением ε=(М1-Мс1)/J∑

Достигнув требуемой ск-ти, момент двигателя переводится до значения М1=Мс1. Ускорение скачком ↓-ся до нуля, наступает статический режим при

ω= ωном.

Tпуска=

Т.о., ПП изм-я ск-ти обеспечивается изм-ем мом-та двигателя.

ПП с активной нагрузкой Мс (акт-я нагрузка – м. явл-ся ист-ком движ-я). Был подъем груза – необх. сделать спуск. При t=0 уст-вим М_ЭД=М1=0 (Uя=0) привод замедляется с ускорением

= , а ск-ть ω изм-ся по з-ну:

ω= ωнач-(Мс/J∑)t, ч/з время tт= J_∑ ωнач/Мс, под дей-м актив-го Мс (груз) ЭД-ль нач-ет ускоряться в противопол-м направлении с возрастающей ск-ю. Когда ω достигнет нужного знач-я tпп, М1=Мдв скачком увеличивают до М1=Мс и наступает статический режим ωкон=const.

Реверс при реактивной нагрузке – меняется знак Мс при изм-ии знака ω. Пусть при t=0, момент ЭД-ля скачком изм-ся до (–М1), тогда ω изм-ся (ЭП тормозится).

ω=ω_НАЧ-(М1+Мс/J_∑)t=ωнач-εЕ.; tт=J_∑(-ωнач)/(-М1-Мс)=ωнач/εт(торможение).

При t>t1, ω ЭД-ля под действием Мдвиг; М=-М1, реактив. нагрузки на –Мс1. Мдин резко уменьшается.εт=-М1-Мс/J∑; εп= - М-Мс/J∑; εт> εп. ω=- М1-Мс/J∑*t – линейный з-н изменения ск-ти. Закон изменения скорости в ПП опред-ся хар-м изменения во времени момента двигателя.

6. ДПТ С НВ. СХЕМА, ПРИНЦИП РАБОТЫ, СТАТИЧ-Е ХАР-КИ, ОГРАНИЧЕНИЯ,ПРИМЕНЕНИЕ

ДПТ используется в ЭП механизмов, требующих по технологическим условиям регулирования скорости в широком диапазоне. При этом ЭД-ли со смешанным и последовательным возбуждением, как правило, применяются в разомкнутых системах тягового ЭПа. ЭД-ли с независимым возбуждением в настоящее время являются основой замкнутых систем регулируемого ЭПа.

ДПТ НВ имеет обмотку якоря и обмотку возбуждения, которые в общем случае получают питание от независимых источников постоянного тока. Для процесса электромеханического преобразования энергии необходимо протекание переменных токов хотя бы по части обмоток машины. Выполнение этого условия в машине постоянного тока обеспечивается работой коллектора, коммутирующего пост-й ток, поступающий в якорную обмотку со стороны ист-ка питания, с частотой w эл, равной эл-ской скорости ротора.

Основная схема включения ДПТ НВ представлена на рис. 4.1 а, где приняты следующие обозначения :

I—токи в цепях обмоток якоря и возбуждения ОВ (А); E-ЭДС якоря (В); w и М—узловая скорость (рад/с) и момент (Н • м) двигателя; R_я = r_оя + r_дп + r_ко + r_щ — сопротивление якоря, состоящее из сопротивлений обмотки якоря r_оя, добавочных полюсов r_дп, компенсационной обмотки r_ко и щеточного контакта r_щ; R_ов— сопротивление обмотки возбуждения; L_я и L_ов — индуктивности обмоток якоря и возбуждения. На схеме показаны добавочные резисторы в цепях обмоток якоря R_д и возбуждения R_B, а также отдельные источники питания обмоток якоря и возбуждения с напряжениями соответственно U и Uв

Вывод уравнений для статических характеристик двигателя проведем при следующих допущениях: реакция якоря не учитывается; момент на валу двигателя равен электромагнитному моменту. Уравнение напряжений, выражения ЭДС якоря и электромагнитного момента записываются в таком виде:

где R= Я_я + Я_д — полное сопротивление цепи якоря Ом; Ф — магнитный поток, Вб; U—подводимое к якорю напряжение, В; k=pN/(2πa) — конструктивный коэффициент двигателя; р — число пар полюсов; N — число активных проводников обмотки якоря; а — число параллельных ветвей обмотки якоря.

Подставляя (4.2) в (4.1), получаем формулу для электромеханической характеристики w(I):

Формула для механической характеристики w (М) ДПТ НВ получается из (4.4) с использованием выражения (4.3):

В соответствии с (4.4) и (4.5) электромеханическая и механическая характеристика ДПТ НВ представляют собой линейные зависимости угловой скорости (в дальнейшем скорости) от тока и момента, вид которых для разных полярностей питающего якорь напряжения показан на рис. 4.1,6. На рисунке электромеханическая и механическая характеристики совмещены, что в соответствии с (4.3) справедливо в случае кФ = const. Их характерными точками являются точка А холостого хода, в которой w = w₀, а I=М=0, и точка В короткого замыкания, где w = 0, а I=Iкз и М=М_кз. Отметим, что режим короткого замыкания для электрической машины соответствует неподвижному состоянию якоря при поданном на двигатель напряжении, а не замыканию его электрических цепей между собой или на корпус. Режим короткого замыкания называется также пусковым режимом, поскольку является начальным при включении (пуске) двигателя.

Уравнения (4.4) и (4.5) можно представить в сокращенной форме записи:

где w₀—скорость идеального холостого хода двигателя,

Δw — изменение скорости относительно скорости идеального холостого хода,

На рис. 4.1,б показана также характеристика ДПТ НВ при U=0, уравнение которой получаются из (4.4) и (4.5):

7. ДИНАМИЧ-Я МОДЕЛЬ ДПТ НВ И ЕГО СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

- ур-е эл-го равн-я, эл-я цепь якоря.

- ЭДС вращения якоря – влияние реальной нагрузки на эл-ю цепь.

- ур-ние электромех-й связи

– ур-ние дв-я св. ЭД с мех-мом. СИСТ (1)

- эл-я цепь возбужд-я

Ф=f( )

Где – ЭДС самоиндукции, возник-щая в ПП при измен-и тока якоря,

- актив-е R-е якорной цепи (сама обмотка, доп-е полюса, комп-я обмотка, добавочное (реост-е).

Полная индуктивность якорной цепи:

– констр-й коэф-т ЭД, где - число пар полюсов, N – число акт-х проводников якоря, участв-х в созд-и м-нта, а – число параллельных ветвей обмотки якоря, Ф – магн-й поток возб-я, - индук-сть ОВ; М – ЭМ-ный м-нт ЭД, Мс – м-нт сопр-я нагрузки, J – м-нт инерции привода.