Шпаргалка по "Безопасности жизнедеятельности"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5. Неустановившееся движение электропривода при постоянном динамическом моменте.

Неустановившееся движение возникает, когда не сохраняется  равенство моментов: ММ_с.

При этом динамический момент не будет равен нулю: М_дин=М-М_с0, и происходит либо увеличение, либо уменьшение скорости ЭП.

Неустановившееся движение имеет место при пуске, торможении, реверсе двигателя, регулировании  его скорости и при изменении  нагрузки на валу двигателя. Таким образом, неустановившееся движение возникает при переходе ЭП из установившегося движения с одними параметрами к установившемуся движению с другими параметрами  называется переходным процессом или переходным режимом ЭП.

Цель рассмотрения неустановившегося  движения – это получение зависимостей следующих механических переменных ЭП.

1) Момента; 2) Скорости; 3) Угла  поворота вала двигателя от  времени

М=f(t)  

ω=f(t)

=f(t)

Данные зависимости получаются при решении дифференциального  уравнения движения ЭП:

ММ_С=J*    =

Для решения данных уравнений  необходимо знать законы изменения  моментов двигателя и нагрузки, массы  и моменты инерции движущихся элементов и начальные условия.

В общем случае моменты  двигателя и нагрузки могут являться функциями времени и координат  движения.

Рассмотрим наиболее простой  случай, когда момент нагрузки и  момент двигателя являются постоянными М=const, М_C=const, а масса и момент инерции в переходных процессах не изменяются.

Для этого случая приведены  следующие механические характеристики

Механические характеристик  а) и графики переходного процесса б) при постоянном динамическом моменте.

1) механическая характеристика  ИО РМ;

2) механическая характеристика  двигателя;

3) график момента;

4) график скорости.

Общий случай, показанный на графике, когда момент двигателя  и момент нагрузки являются постоянными, а масса и момент инерции не изменяются во времени. Уравнение движения ЭП решается методом разделения переменных, после чего его решение примет вид:

=(M-M_C)*t/J+C

Постоянная интегрирования «С» находится из начальных условий t=0; ω=ω_нач; и будет равна:С= ω_нач

Таким образом, уравнение  движения электропривода при данных условиях примет вид:

=((M-M_C))/J))+_нач

В общем случае, когда время  переходного процесса t0, уравнение переходного процесса будет иметь вид:

t0 =>=((M-M_C))*t/J))+_нач

Данное уравнение показывает, что при данных  условиях скорость будет линейно зависеть от времени.

При этом, если разность моментов имеет знак «+» (М-М_с)>0, то скорость будет увеличиваться (график 4).

Если момент нагрузки больше чем момент двигателя, то скорость будет  изменяться по характеристике 3, либо уменьшаться (М-М_с)<0.

Из уравнения решения  движения ЭП можно определить время  переходного процесса, за которое  скорость будет изменяться от своего начального значения до конечного:

_начкон

t_П.П=J*(_кон-_нач)/(М-М_С)

Угол поворота двигателя  от времени переходного процесса определяется выражением:

=(М-М_С)*t²/(2*J)+_нач*t+_нач

Таким образом, угол поворота вала двигателя будет иметь квадратичную зависимость от времени переходного  процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6. Неустановившееся движение электропривода при линейной зависимости динамического момента от скорости.

Линейная зависимость  динамического момента ЭП от скорости соответствует линейным механическим характеристикам, как двигателя, так  и ИО РМ. такие характеристики переходного  процесса характерны для электроприводов  с двигателем постоянного тока независимого возбуждения (ЭП с ДПТ НВ). Такие  характеристики будут иметь вид:

 

Механические характеристики, когда динамический момент изменяется линейно

Данные характеристики описываются  следующими уравнениями

М=М_кз-

М_с=М_С0+

М_кз и М_С0 – это моменты двигателя и ИО РМ при нулевой скорости.

Подставляя данные значения моментов в уравнения движения электропривода, получим следующие уравнение:

М-М_С=М_кз-*-М_С0-*=J*

решение которого будет иметь вид: Т_м=J/(+_C)

где Т_м – механическая постоянная времени

Соотношение момента инерции  и жёсткости механической характеристики

_уст – скорость в точке пересечения характеристик двигателя и ИО РМ и определяемая соотношением моментов к жёсткости механических характеристик:

_уст=(M_КЗ-М_С0)/(+_C)

Решение данного дифференциального  уравнения будет иметь вид:

=А*е^-t/Tм+_уст

где постоянный коэффициент А определяется из начальных условий:

t=0; =_нач => A=_нач-_уст

Окончательное выражение  решения дифференциального уравнения  примет вид:

(t)=(_нач-_уст)* е^-t/Tм+_уст

Если записать момент двигателя  в функции времени:

M(t)= M_кз-*(t)

и учитывая, что жёсткость  определяется:

==(M_кз-M_уст)/_нач

и подставляя жёсткость в  уравнение момента:

М(t)= M_кз-((M_кз- M_уст)/_кон)*(t)

или М(t)=(M_кз-M_уст)* е^-t/Tм- M_уст

то можно определить механическую постоянную времени и установившеюся скорость:

T_м==J*₀/M_кз

_уст=(M_кз-M_C)/

Учитывая начальные условия, при которых скорость будет изменяться от начального значения до конечного  значения:

_начкон

начальные условия: t=t_П.П; =_уст

можно определить время переходного  процесса:

t_П.П=T_м*ln((_уст-_кон)/(_уст-_нач))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Регулирование скорости движения.

Регулирование скорости движения исполнительных органов требуется  для многих рабочих машин: прокатных  станов, подъемно-транспортных механизмов, горнодобывающих и бумагоделательных машин, металлообрабатывающих станков и многих других. Рассмотрим, каким образом ЭП может обеспечивать регулирование скорости исполнительных органов рабочих машин.

Как следует из общей схемы  ЭП, скорости двигателя вращательного движения W и исполнительного органа при его вращательном Wио или поступательном Vио движении связаны между собой соотношениями

где i, Р - соответственно передаточное отношение и радиус приведения механической передачи между электродвигателем и исполнительным органом.

Анализ выражения (3.1) показывает, что регулирование скорости движения исполнительных органов может быть достигнуто тремя способами:

-воздействием на механическую  передачу;

-воздействием на двигатель; 

-воздействием на то  и другое одновременно.

Первый способ связан с  изменением передаточного числа  i или радиуса приведения р механической передачи при постоянной скорости двигателя и поэтому получил название механического способа регулирования. Для его реализации могут быть использованы коробки передач (при ступенчатом регулировании), вариаторы, электромагнитные и гидравлические муфты (для плавного регулирования). Этот способ применяется ограниченно из-за сложности автоматизации технологических процессов, малого набора регулируемых механических передач указанного типа и невысоких надежности и экономичности их работы.

Второй способ, получивший название электрического, предусматривает воздействие на двигатель при неизменных параметрах механической передачи. Этот способ нашел основное применение в современном ЭП вследствие его широких регулировочных возможностей, простоты и удобства использования в обшей схеме автоматизации технологических процессов и экономичности.

Третьий способ, комбинированный, сочетает в себе электрический и механический способы, находит применение главным образом в ЭП металлообрабатывающих станков.

Итак, регулирование скорости движения ИО рабочих машин в большинстве  случаев достигается за счет целенаправленного  воздействия на электродвигатель, осуществляемого  с помощью его системы управления.

При этом необходимо отметить: регулирование скорости может быть осуществлено за счет получения соответствующих искусственных (регулировочных) механических характеристик двигателя. Заметим также, что изменение скорости двигателя вследствие изменения нагрузки на его валу не является регулированием скорости.

Для примера на рис. 3.1 показаны естественная механическая характеристика 1 двигателя постоянного тока независимого возбуждения и три искусственные (регулировочные): при введении в цепь якоря добавочного резистора R_д (прямая 2), уменьшении подаваемого на якорь напряжения U (прямая З) и снижении магнитного потока Ф (прямая 4). Искусственные характеристики 2 и 3 обеспечивают при моменте нагрузки М_c снижение скорости до уровня (Wи2. а характеристика 4 - увеличение скорости до уровня Wи1 при постоянном моменте нагрузки М_c .

Для количественной оценки и  сопоставления различных способов регулирования скорости используются следующие показатели.

-Диапазон регулирования скорости. Этот показатель определяется отношением максимальной скорости к минимальной при заданном изменении момента нагрузки М_с    

-Стабильность скорости. Этот показатель характеризует изменение скорости при возможных колебаниях момента нагрузки на валу двигателя и определяется жесткостью механических характеристик двигателя. Чем она больше, тем стабильнее скорость при изменениях момента нагрузки, и наоборот. В рассматриваемом примере наибольшую стабильность скорости обеспечивает искусственная характеристика З.

-Плавность регулирования  скорости. Этот показатель определяется перепадом скорости при переходе с одной искусственной характеристики двигателя на другую. Чем больше в заданном диапазоне регулирования скорости может быть получено искусственных характеристик, тем плавнее будет происходить регулирование скорости. Наибольшая плавность обеспечивается при использовании для регулирования координат силовых преобразователей электроэнергии. Плавность регулирования может быть оценена коэффициентом плавности определяемым отношением скоростей на двух ближайших характеристиках:

 Рис. 3.1. Механические характеристики двигателя постоянного тока

независимого возбуждения:

1 - естественная; 2 - при включении резистора в цепь якоря; 3 - при снижении напряжения; 4 - при ослаблении магнитного потока.

-Направление регулирования скорости. В зависимости от способа воздействия на двигатель и, следовательно, вида получаемых искусственных характеристик его скорость может увеличиваться или уменьшаться по сравнению с работой на естественной характеристике при данном моменте нагрузки. В первом случае говорят о регулировании скорости вверх от основной, во втором случае - о регулировании скорости вниз. Можно сказать, что регулирование скорости вверх связано с получением искусственных механических характеристик, располагающихся выше естественной (характеристика 4 на рис. 3.1), а регулирование скорости вниз обеспечивается характеристиками, располагающимися ниже естественной (характеристики 2 и 3 на рис. 3. 1).

-Допустимая нагрузка двигателя. Электрический двигатель спроектирован таким образом, что, работая на естественной характеристике с номинальными скоростью, током, моментом и мощностью, он не нагревается выше определенной температуры, на которую рассчитана его изоляция. В этом случае срок ею службы будет нормативным и составляет обычно 15-20 лет. Поскольку нагрев двигателя определяется потерями мощности в нем, пропорциональными квадрату тока, его нормативный (допустимый) нагрев будет иметь место при протекании номинального тока.

При регулировании скорости двигатель работает уже на искусственных характеристиках при отличных от паспортных условиях. Для сохранения нормативного нагрева двигателя и тем самым расчетного срока его службы нагрузка двигателя может быть только такой, при которой в двигателе протекает ток не выше номинального. Именно такая нагрузка и называется допустимой. Другими словами, критерием допустимой нагрузки является номинальный ток двигателя.

Все способы регулирования  скорости подразделяются по этому признаку на две группы: одна характеризуется допустимой нагрузкой, равной номинальному моменту; другая - нагрузкой, равной номинальной мощности двигателя. При правильном выборе способа регулирования скорости двигатель полностью используется по своим возможностям во всем диапазоне ее изменения.