• ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ЭППТ – электропривод постоянного тока;

ДПТНВ - двигатель постоянного тока независимого возбуждения;

ДПТПВ - двигатель постоянного тока последовательного возбуждения;

ИОРМ - исполнительный орган рабочей машины;

- электромеханическая характеристика привода;

- механическая характеристика привода;

- коэффициент ЭДС (момента) двигателя постоянного тока неза-

висимого возбуждения;

- номинальный магнитный поток двигателя, Вб;

ОВД - обмотка возбуждения двигателя;

S - скольжение асинхронного двигателя;

, - действительный приведенный токи ротора и токи статора двигателя, А;

- электромеханическая и механическая характеристики асинхронного привода

АДФР АДКЗР – асинхронные двигатели с фазным и короткозамкнутым ротором;

Г-Д - электропривод постоянного тока системы генератор-двигатель;

ГПТНВ - генератор постоянного тока независимого возбуждения;

И.Х.Х. – режим идеального холостого хода;

ТП-Д - электропривода постоянного тока системы тиристорный преобразователь-

двигатель;

ЗПТ - зона прерывистых токов;

ТПЧ-Д - электропривода переменного тока системы тиристорный преобразователь

частоты-асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

ОЖМС - одномассовая жесткая механическая система;

ДУМС - двухмассовая упругая механическая система;

МУЭП - механическая часть электропривода;

• ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1985.-560 с.
   
2. 
   Справочник по электрическим машинам. -– М.: Энергоатомиздат, 1988,том 1.-455 с. Под общей ред. Копылова И.П. и др.
   
3. 
   Справочник по электрическим машинам. -– М.: Энергоатомиздат, 1988,том 2.-688 с. Под общей ред. Копылова И.П. и др.
   
4. 
   Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. –М.: Энергия, 1977.-431 с.
   
5. 
   Электротехнический справочник . –М.: Энергоатомиздат, 1988, том 3, кн.2.-615 с.
   
6. 
   Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. – М.: Энергоатомиздат, 1984.-240 с.
   
7. 
   Справочник по автоматизированному электроприводу. - М.: Энергоатомиздат, 1983.-616 с.
   
8. 
   Ильинский Н.Ф. и др. Энергосбережение в электроприводе. - М. :Высшая школа, 1989, -126 с.
   
9. 
   Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод. Справочник.- М.: Энергоатомиздат, 1988.-344 с.
   
10. 
    Комплектные тиристорные электроприводы. Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1988. –318 с. Под ред. Перельмутера В.М.
    
11. 
    Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами. – М.: Энергоатомиздат, 1982.-416 с. Под ред. Круповича В.И. и др.
    
12. 
    Ключев В. И. Выбор электродвигателей для производственных механизмов.- М.: Энергия, 1974. –95 с.
    
13. 
    Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода.- М.: Энергия, 1979. –615 с.
    
14. 
    Чиликин М.Г., Соколов М.М., Терехов В. М., Шимянский А.В. Основы автоматизированного электропривода. -М.: Энергия, 1974. –567 с.
    
15. 
    Столбов Б.М., Мазунин Н.Т. Теория электропривода. Задания на курсовой проект и методические указания по его выполнению. –Пермь, 1993.-98 с.
    
16. 
    Преобразователи частоты серии ТТП(Е)1. Журнал. "Промышленная энергетика", №6, 1992г.
    
17. 
    Справочник "Асинхронные двагатели серии 4А" -М.: Энергоиздат, 1982.-504 с. Под ред. Кравчик А.Э., Шлаф М.М., Афонин В.И., Соболенская Е.А.
    
18. 
    Арменский Е.В. и др. Автоматизированный электропривод, 1987.-130 с.
    
19. 
    Чернов Е.А., Кузмин В.П., Синичкин С.Г. Электроприводы подач станков с ЧПУ. Справочное пособие, 1986.
    
20. 
    Чернов Е.А., Кузмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ, 1989. Справочник (621.9 Ч-493).
    
21. 
    Комплектные тиристорные электроприводы серии ЭКТ2-А. Журнал "Промышленная энергетика", №5, 1991 г.
    

• Тема 1. МЕТОДИКА СИНТЕЗА РАСЧЕТНЫХ СХЕМ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

Под механической частью электропривода (МЧЭП)понимается совокупность вращающихся и поступательно движущихся частей механической части двигателя (МУД), механического передаточного устройства (МПУ) и исполнительного органа рабочей машины (ИОРМ). Функциональная схема МЧЭП приведена на рис.1.1.

Рис. 1.1. Функциональная схема МЧЭП.

На рис. 1.1. приняты обозначения:

М,М_М - электромагнитный момент двигателя и момент сопротивления на валу ИОРМ, Н*м;

F_М – сила сопротивления механизма при поступательном движении ИОРМ, Н;

J_Д, J_М – моменты инерции двигателя и ИОРМ, кг*м² ;

- угловые частоты вращения валов двигателя и механизма, 1/с;

- передаточное число и КПД передаточного устройства.
К параметрам механической части электропривода относятся моменты и силы статического сопротивления, момента инерции, линейные и угловые перемещения, жесткости упругих элементов, поступательно движущихся массы. Поскольку во многих практических случаях рабочие органы механизмов связаны с приводным двигателем не непосредственно, а через промежуточные передачи, при расчетах механической части электропривода с использованием уравнений движения момента статического сопротивления, моменты инерции и другие параметры необходимо приводить к одной расчетной скорости, как правило, к угловой скорости приводного двигателя. Известными должны быть кинематическая схема механической части электропривода и ее фактические параметры.

Хотя приведенные к расчетной скорости каждого из параметров механической части электропривода и не представляет сложности, тем не менее могут возникнуть затруднения в случае, когда известны не передаточные отношения между отдельными элементами кинематической схемы, а число зубцов или известны только геометрические размеры элементов. Поэтому методика расчета приведенных параметров рассмотрим на примере кинематической схемы (рис.2.1), содержащие как вращающиеся, так и поступательно движущиеся элементы.

Рис. 2.1. Кинематическая схема МЧЭП подъемного устройства.
Известными являются следующие параметры кинематической схемы:

1. 
   момент инерции двигателя J_Д, кг*м²;
   
2. 
   момент инерции барабана J_Б кг*м²;
   
3. 
   момент статического сопротивления механизма М_М, Н*м;
   
4. 
   масса т (кг) и линейная скорость V(м/c) поступательно движущегося элемента;
   
5. 
   жесткости валов Нм;
   
6. 
   жесткость 1 м каната С_К, Н;
   
7. 
   длина каната l_K, м в нижнем положении груза;
   
8. 
   диаметр барабана Д_Б, м;
   
9. 
   число зубцов шестерен редуктора ;
   
10. 
    КПД редуктора _П.
    

Требуется определить приведенные к расчетной скорости:

1. 
   Момент статического сопротивления механизма М '_С;
   
2. 
   Суммарный момент инерции электропривода J;
   
3. 
   Эквивалентную жесткость системы С_Э.
   

Порядок синтеза расчетной схемы

1. 
   Поскольку передаточное отношение непосредственно не известно, его можно определить по соотношению числа зубцов шестерен редуктора
   

i

Передаточное отношение между валом двигателя и валом барабана механизма будет равно произведению

1. 
   Момент статического сопротивления механизма, приведенные к расчетной скорости (валу двигателя), найдется в случае подъема груза как (двигательный режим работы ЭП)
   

(1.1)

В случае силового спуска груза выражение будет таким же.

Если спуск груза тормозной, приведенный момент сопротивления определяется по выражению (тормозной режим работы ЭП)

Если момент М_М не задан, его можно найти как , где (Н)

1. 
   Суммарный момент инерции системы, приведенный к валу двигателя, с учетом инерционных масс редуктора и наличии поступательно движущихся массы определяется формуле:
   

(кг*м²), (2.1)

где - коэффициент, учитывающий инерционность вращающихся частей редуктора;

- радиус приведения, который определяется по соотношению линейной скорости поступательного движущегося элемента и угловой скорости двигателя:

Значение КПД механической передачи зависит от коэффициента её загрузки по мощности (моменту) и определяется по формуле (12):

,

где - номинальный КПД передачи;

К_З – коэффициент загрузки механической передачи со стороны тихоходного вала;

,

где Р_МЕХ.П., М_МЕХ.П. – фактические значения мощности и момента, передаваемые через механическую передачу.

Если линейная скорость поступательно движущегося элемента, например каната, неизвестна,  можно найти, выразив его через радиус элемента, на который наматывается канат. В этом случае:

(М/с); (1/с); ;

Следовательно,

Отсюда ;

1. 
   Для определения эквивалентной жесткости системы необходимо сначала найти приведенные жесткости всех упругих элементов. Для вращающихся элементов, подвергающихся скручиванию, они находятся по формуле
   

(Н*м)

С_i – действительная жесткость при скручивании вала.

В данном примере

(Н*м)

В случае необходимости действительную жесткость (например ) вала можно рассчитать по формуле:

(Н*м),

где G – модуль упругости при сдвиге, Па (например, для стали ); Па=Н/м²

J_Р – полярный момент инерции, м⁴;

l – длина вала, м.

где R,d – радиус и диаметр вала, м.

Ориентировочные значения жесткостей валов в промышленных электроприводах (1):
.

Для элементов, подвергающихся деформации сжатия или растяжения, приведенная жесткость определяется по формуле:

,

где  - радиус приведения; С_i – действительная жесткость.

Для канатов приведенная жесткость определяется на единицу длины.

Ориентировочная зависимость жесткостей тросов, канатов разных подъемных установок (1):

,Н.

Приведенная жесткость каната определиться как

(Н/м)

Жесткость каната (стержня) при растяжении и сжатие:

(Н/м)

S – площадь сечения, м²

Е – модуль упругости, Па (Е= Па)

l – длина, м.

Проводить жесткость вала двигателя к расчетной скорости, за которую принята скорость этого вала, не требуется. Она равна действительной жесткости этого вала.

Для определения приведенной жесткости всей системы элементов, подвергающихся деформации скручивания и растяжения, необходимо просуммировать найденные приведенные жесткости элементов с учетом способа их соединения – последовательное или параллельное. При параллельном соединении элементов результирующая жесткость равна сумме.

При последовательном соединении результирующая приведенная жесткость определяется из соотношения:

В данном примере жесткости соединены последовательно, а жесткости - параллельно. Поэтому

;
Эквивалентная жесткость всей системы, в которой приведенные жесткости теперь соединены последовательно, как изображено на рис. 3.1.
или

Рис. 3.1. Эквивалентная схема соединения приведенных жестокостей.

Таким образом формула для определения С_Э будет выглядеть:

!

Если требуется получить расчетную схему механической части электропривода с учетом жестокостей упругих элементов и свести её к двухмассовой схеме необходимо, проанализировать какие упругие элементы можно считать абсолютно жесткими, а жесткостью каких элементов пренебрегать нельзя. Инерционные массы элементов, которые будут сочтены абсолютно жесткими, следует просуммировать и получить 2 инерционные массы, между которыми жесткостью пренебрегать нельзя. В результате будет полученная 2-х массовая расчетная схема.

Если, например, в рассмотренной выше кинематической схеме в результате расчетов жесткость окажется значительно меньше (по меньше мере на порядок) эквивалентной жесткости последовательно соединенных жесткостей , то этой эквивалентной (большей) жесткостью можно пренебречь и расчетная схема механической части электропривода будет представлена в виде рис. 4.1., где 1-я инерционная масса J₁, включает в себя момент инерции двигателя, редуктора и барабана, а 2-й инерционной массой J₂ является момент инерции груза .

Рис. 4.1. Расчетная схема двухмассовой упругой механической системы (ДУМС)

В этой схеме:

;

Математическое описание (уравнение движения)

ДУМС:

где ₁,₂ – углы поворота валов первой и второй масс.

М_У – момент упругого сопротивления.

Ниже в табличном виде приведены формулы, используемые при синтезе расчетных схем МУЭП(7)

№ п/пПриведение от вращательного к вращательному движениюПриведение от поступательного к вращательному движениюПриведение от вращательного к поступательному движению1 2 3 4 5 6

• 
  Примечание:
  

1. 
   В таблице применены общепринятые обозначения величин при вращательном и поступательном движении.
   
2. 
   Индекс «К» соответствует вращательному, индекс «g» - поступательному движению.
   
3. 
   Принято, что КПД передач
   

1. 
   Пример синтеза упругих механических систем
   

На рис. 5.1. приведена кинематическая схема МЧЭП подъемного устройства.

М ₁

С₁

М₁

Б
МЧД
1

С₂

J₂, ₂
J₁, M_C

2
М₂

C₃

m, V
Рис. 5.1. Кинематическая схема МЧЭП подъемного устройства.

Дано:

1. 
   скорость вращения 1-го вала 1/с
   
2. 
   момент инерции 1-го вала кг*м²
   
3. 
   момент инерции 2-го вала кг*м²
   
4. 
   передаточное число МПУ i=10
   
5. 
   линейная скорость груза V=2.6 м/c
   
6. 
   диаметр каната Д_К=19 мм
   
7. 
   сечение каната S_К=1,5 см₂ (1,5 * 10^-4 м²)
   
8. 
   длина каната l_К=100м
   
9. 
   диаметр 1-го вала Д₁=75 мм, длина l₁=300 мм
   
10. 
    диаметр 2-го вала Д₂=100 мм, длина l₂=400 мм
    
11. 
    радиус барабана R_Б⁼0,25 м
    
12. 
    масса груза m=3000 кг
    
13. 
    масса каната принята сосредоточенной в центре тяжести поднимаемого груза
    
14. 
    результирующий КПД передач _П=0,95
    

РЕШЕНИЕ:

Коэффициент жесткости 1-го вала:
Нм/рад
где G=8,3*10¹⁰ Па Па = Н/м²
- полярный момент инерции вала, м⁴.

d₁ – диаметр вала, м

Коэффициент жесткости 2-го вала:

Н*м/рад

• 
  Коэффициент жесткости каната
  

Н/м

где (Н/м²) – модуль упругости каната

S_K – сечение каната, м²
Приведенные к валу двигателя жесткости:
Н*м/рад ( Н^.м)

Н*м/рад

Нм/рад
Жесткости С_1.ПР и С_2.ПР включены последовательно, поэтому их эквивалентная жесткость:



Приведенный момент инерции барабана (второго вала):
кг*м²

Приведенный момент инерции груза:

кг*м²

Момент статического сопротивления М_С на валу двигателя:
Н*м

Тогда расчетная схема МЧЭП (трехмассовая упругая система)

Уравнения движения 3-х массовой системы:

(матем. описание)

Математическое описание в операторной форме и структурная схема приведены в (1, с 47)

2) Синтез двухмассовой системы.

Пусть ,

;

Тогда расчетная схема выглядит:

М_У

• 
  Математическое описание в дифференциальной форме:
  

кг*м²

Математическое описание в операторной форме и структурная схема (1,с. 49)

3)Одномассовая расчетная схема МЧЭП

Пусть , т.е. С_i= (нет деформации).

кг*м²
- уравнение движения в дифференциальной форме.


- уравнение движения в операторной форме.
(Р)

М_С(Р)

Расчетная схема одномассовой системы.

Пример синтеза даухмассовой упругой механической системы изложен в (1, с.36)