Воронин Сергей Григорьевич
Клиначев Николай Васильевич

Типовые режимы работы механической части электропривода

На чертежах с первого по четвертый представлены модели, позволяющие ознакомиться с осциллограммами движения координат механической части электропривода в режимах разгона, торможения и их комбинации. Подведите курсор мыши к чертежу, вызовите контекстное меню, запустите процесс расчета модели (горячая клавиша F5).

Разгон рабочего органа до заданной скорости

Характер механической нагрузки, который создает рабочий орган для электродвигателя, может быть разным. Меняя параметры моделей, представленных на чертежах 1-4, можно учесть: динамический момент (требуется задать момент инерции $J$), момент сухого трения ($M_{ст}$), момент вязкого трения ($K_f$), шарнирный момент ($K_ш$).

Торможение рабочего органа до полной остановки

По умолчанию в моделях обнулены все составляющие момента, которые могут быть равными нулю или уменьшены за счет совершенствования свойств механики. Но пренебречь моментом инерции невозможно. Согласованный режим работы механической нагрузки и электродвигателя наблюдается при равенстве приведенного к рабочему органу момента инерции ротора двигателя и момента инерции самого рабочего органа. Поэтому в моделях задаваемый момент инерции $J$ умножается на два.

Разгон и торможение рабочего органа

Если электропривод должен отработать заданный угол, при наличии момента сухого трения ($M_{ст}$) или активного момента от силы тяжести ($M_а$), то, при оптимальном – старт-стопном – управлении, время разгона и время торможения должны быть разными. Для модели на чертеже 3 установите $M_{ст}=2$ Н·м, скважность 0.7, $M_{эм}=5$ Н·м. Изучите осциллограммы. Для модели на чертеже 4: $M_{ст}=2$ Н·м, фазу – 55 градусов, $M_{эм}=5$ Н·м, конечное время симуляции – 4 сек.

Колебание рабочего органа с заданной частотой

На чертеже 5 представлена модель электропривода с редуктором в виде схемы замещения. Слева на право изображены. Источник тока (точнее – момента) – это двигатель, чья обмотка запитана номинальным током. Конденсатор – момент инерции вала двигателя. Трансформатор энергии – редуктор. Конденсатор – момент инерции рабочего органа. Два перемножителя с интеграторами вычисляют для текущего момента времени электромагнитную энергию двигателя и энергию разгона и торможения маховой массы рабочего органа. Реле с положительным гистерезисом переключает знак электромагнитного момента двигателя при достижении рабочим органом заданной скорости. Вычислительный эксперимент повторяется несколько раз. И в каждом случае модель меняет передаточное число редуктора: 1/3, 1/2, 1, 2, 3.

Влияние передаточного числа редуктора
на быстродействие и энергоэффективность привода

Можно наблюдать, как меняется время, затрачиваемое на разгон и торможение маховой массы рабочего органа. При завышенном коэффициенте редукции – привод наименее энергоэффективен (двигатель разгоняет и затормаживает лишь свой собственный ротор). При заниженном коэффициенте редукции – двигатель недоиспользуется по напряжению (эксплуатируется на низких оборотах). Поэтому больше и тяжелее чем требуется. Условие максимального быстродействия – равенство момента инерции ротора двигателя и приведенного к нему момента инерции рабочего органа.

Решение задачи о согласованном режиме работы электропривода связано с выбором двигателя и передаточного числа редуктора. Представим алгоритм решения.

  1. Находят оценки требуемых для разгона инерционных масс добротности и мощности двигателя (пренебрегая прочими моментами нагрузки). Выбирают двигатель, принимая к расчету некий коэффициент перегрузки по моменту (по добротности) от 1 до 3.
  2. Вычисляют оценку передаточного числа редуктора – $q_{опт}≈(J_н/J_{дв})^{1/2}$.
  3. Рассчитывают электромагнитный момент двигателя и находят относительное значение статического момента приведенного к его валу – $μ = M_{ро} / (q η × M·1…3)$.
  4. Уточняют оптимальный коэффициент передачи редуктора (уже с учетом статического момента рабочего органа и к.п.д. редуктора). Если отличается несущественно, то завершают расчет. В противном случае – уточняют требуемые добротность и мощность двигателя. Повторно выбирают двигатель.

Модель, позволяющая выбрать двигатель и передаточное число
редуктора для функционирования привода в согласованном режиме

Согласно теории подобия, любая энергопреобразующая цепь может быть представлена в виде схемы замещения. Соответствующая модель механической части электропривода представлена на чертеже 7. Моменты инерции представлены ёмкостям. Вязкое трение – активным сопротивлением. Момент сухого трения и шарнирный момент – программируемым источником тока (момента). Потенциалы узлов – угловые скорости вала двигателя и рабочего органа.

Модель – схема замещения механической части электропривода

Для проведения собственных экспериментов с заинтересовавшей вас моделью выполните команду меню Сервис > Save / Export (сохраните модель). И перейдите по гиперссылке (см. верхний колонтитул) к Jigrein-диску.

Модель – схема замещения механической части электропривода

13.10.2013