Механика электропривода. 
Электрический привод

ОДНОМАССОВАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Для анализа поведения ЭП как механической системы необходимо все статические моменты и силы нагрузки, а также все моменты и массы инерции, действующие в реальной системе ЭП, приводить к базовой угловой скорости, в качестве которой, как правило, принимают угловую скорость вала электродвигателя.

С этой целью реальные электроприводы (рис. 1.2, а) с достаточной степенью точности могут быть представлены в виде жесткой одномассовой механической системы со статическим моментом нагрузки А/_с и приведенным моментом инерции J, угловая скорость которой соответствует угловой скорости вала электродвигателя со (рис. 1.2, 6).

Приведение моментов и сил статического сопротивления. Его выполняют на основании рассмотрения энергетического баланса для.

Рис. 1.2. Схема механической части (МЧ) электропривода (я), ее одномассовая модель (б) и структурная схема (в):

ЭМП— элсктромашинный преобразователь; РД— ротор двигателя; Прд — передаточное устройство; РА/ — рабочая машина (механизм); е — управляющее воздействие (избыточный момент) механической части ЭП, который сводят к равенству мощностей одномассовой и реальной систем в установившемся режиме, при котором вращающий момент двигателя М уравновешен моментом статической нагрузки М= М_с:

и далее окончательно получаем:

где rjnci)" Лпу — соответственно КПД механической передачи исполнительных органов, совершающих вращательное и поступательное движения; Л/_м, F_M — момент, (Н • м), и сила, Н, статической нагрузки от исполнительных органов; to, ш_м, v_M — угловые скорости двигателя и исполнительных органов вращательного движения, рад/с, и линейная поступательного, м/с; /—передаточное отношение механической передачи от двигателя к исполнительным органам вращательного движения, I^s* 0)/0)_м

Первое слагаемое формулы (1.3) — это расчетное соотношение для приведения моментов нагрузки, а второе — сил нагрузки.

Приведение фактических моментов и масс инерции к угловой скорости вала электродвигателя одномассовой модели электропривода.

Его осуществляют на основании равенства кинетической энергии искомого приведенного момента инерции У, масса которого вращается с угловой скоростью вала электродвигателя, и суммы кинетических энергий вращательно (/_д, ш и /_м, ш_м) и поступательно (/и_м, v_M) движущихся частей ЭП:

С учетом инерционности механической передачи получаем расчетную формулу по приведению моментов и масс инерции к валу электродвигателя:

где к = 1,05…1,2 — коэффициент, учитывающий момент инерции механической передачи; /_м, т_ы — соответственно момент инерции, кг • м², и масса, кг, вращательно и поступательно движущихся частей рабочей машины.

В справочных данных на электродвигатели и исполнительные органы рабочих машин иногда вместо момента инерции У, кг • м², приводят значение махового момента GD² в Н • м² или в кг • м². В этом случае момент инерции соответственно.

где (/ — сила тяжести, Н для (1.6) и кг для (1.7); D — диаметр инерции, м; g— ускорение свободного падения, ^ = 9,81 м /с².

Момент инерции простых тел можно рассчитать. Например, момент инерции цилиндра массой т_п с внешним /?_ц и внутренним г_ц радиусами относительно продольной осевой линии равен:

Для физических тел сложной конфигурации и совершающих сложные движения используют методы экспериментального определения момента инерции. Например, используют экспериментальные методы крутильных или маятниковых колебаний, метод падающего груза, а также метод свободного выбега.

Метод свободного выбега.

Этот метод наиболее удобен для экспериментального нахождения момента инерции всей системы электропривода, особенно когда рабочие органы машины или механизма совершают сложные движения.

В этом случае предварительно определяют зависимость мощности, затрачиваемой на приведение в движение механической системы при разных угловых скоростях. Затем систему разворачивают до номинальной или близкой к ней угловой скорости и, отключив двигатель от сети, опытным путем определяют продолжительность Д/ прохождения системой фиксируемого малого перепада угловой скорости Дсо. Зная эти показатели, на основании уравнения движения одномассовой системы рассчитывают ее приведенный момент инерции, кг • м²:

где Р_хх — мощность холостого хода, затрачиваемая на приведение в движение системы при скорости о)_ср, Вт; ш_ср — среднее значение угловой скорости в диапазоне До), рад/с.