Если все элементы механической системы во всех движениях имеют равную или пропорциональную скорость (вращения или линейную), то такая механическая система может рассматриваться как жесткая, которая может быть приведена к жесткому механическому звену с суммарным приведенным моментом инерции В такой одномассовой системе на тело вращения, например на ротор электродвигателя, действуют следующие моменты:

• ? М - электромагнитный момент, создаваемый электродвигателем;
• ? М с - момент сопротивления движению активный, прикладываемый к РО машины. Этот момент создают силы тяжести (например, в электроприводах грузоподъемных лебедок, лифтов и др.), силы ветра (например, электропривод поворота башенных кранов), давление сжатого воздуха (электропривод компрессоров) и др. Моменты активного сопротивления движению могут, как препятствовать движению, так и создавать движение;
• ? М с - реактивные моменты сопротивления движению, прикладываемые к РО машины. Эти моменты возникают, как реакция на движение РО и всегда препятствуют движению (например, момент от сил резания в приводах главного движения металлорежущих станков, момент от аэродинамических сил в электроприводах вентиляторов и др.), при со = О М г _ = 0. К реактивным моментам относится

с.р момент от сил трения в подшипниках и других элементах кинематической цепи рабочей машины. Момент трения всегда препятствует движению, его отличие от реактивного момента сопротивления состоит в том, что М тр присутствует и при скорости, равной нулю. Более того, М при покое обычно значительно превышает момент трения при движении.

Полный момент сопротивления движения с (его также называют статический момент) равен сумме активного и реактивного моментов сопротивления:

Знаки всех моментов определяет знак скорости вращения: если момент способствует движению - он положителен, если препятствует - он отрицателен. Знак с р всегда отрицательный, знак са может быть отрицательным, если активный момент препятствует движению (например, подъем груза) или положительным, если момент способствует движению (например, спуск груза). Алгебраическая сумма всех моментов определяет результирующий момент сопротивления М , прикладываемый к валу электродвигателя.

Рассмотрим движение электродвигателя, к валу которого приложены: электромагнитный момент, развиваемый электродвигателем М, и момент сопротивления движению с. В соответствии со вторым законом Ньютона (2.3):

где М дин - динамический момент; - суммарный момент инерции.

Уравнение (2.5) называют уравнением движения электропривода. Отметим, что в этом уравнении все моменты приложены к валу двигателя, а момент инерции отражает инерционности всех масс, связанных с валом электродвигателя и совершающих вместе с ним механическое движение.

Для поступательного движения уравнение движения электропривода соответственно принимает вид:

где F - усилие, развиваемое двигателем; F - усилие сопротивления движению на штоке этого двигателя; т - массы подвижных элементов, связанные со штоком двигателя; v - линейная скорость штока двигателя.

Момент М, развиваемый двигателем, зависит от его скорости. Взаимосвязь момента, развиваемого двигателем, и скорости = (со) определяет механические характеристики электропривода (электродвигателя).

Основным параметром, определяющим вид механической характеристики, является жесткость (рис. 2.4)

где Д - приращение момента; Дсо - приращение скорости.

Жесткость Р характеризует способность двигателя воспринимать приложение нагрузки - момента с на его валу. Поскольку обычно с увеличением момента нагрузки скорость уменьшается, то жесткость Р является величиной отрицательной. Если при приложении нагрузки Д скорость Дсо уменьшается незначительно, то механическая характеристика считается жесткой. Если при том же значении прикладываемого момента сопротивления скорость изменяется значительно, то такую характеристику называют мягкой.

Жесткость Р механических характеристик электропривода (двигателя) является важной величиной, характеризующей статические и динамические характеристики электропривода. Если механическая характеристика прямолинейна - 1 на рис. 2.4, то ее жесткость постоянная, равная тангенсу угла наклона характеристики к оси ординат. Если механическая характеристика криволинейна - 2 на рис. 2.4, то жесткость в каждой точке характеристики переменная и определяется тангенсом угла наклона касательной к данной точке характеристики.

Рис. 2.4.

1 - прямолинейная; 2 - криволинейная

Рис. 2.5.

На рис. 2.5 показаны естественные механические характеристики основных видов электродвигателей: 1 - двигатель постоянного тока независимого возбуждения, механическая характеристика прямолинейна, имеет постоянную высокую жесткость; 2 - двигатель постоянного тока последовательного возбуждения, характеристика криволинейна, ее жесткость мала при малых нагрузках и повышается по мере возрастания момента; 3 - асинхронный двигатель, механическая характеристика имеет две части - рабочую с высокой постоянной отрицательной жесткостью и криволинейную с переменной положительной жесткостью; 4 - синхронный двигатель имеет абсолютно жесткую механическую характеристику, при которой скорость не зависит от нагрузки.

Приведенные на рис. 2.5 механические характеристики двигателей называют естественными, так как они соответствуют типовой схеме включения двигателей, номинальному напряжению и частоте питания и отсутствию в цепях обмоток двигателя дополнительных сопротивлений.

Искусственные (или регулировочные) механические характеристики получают, когда для пуска двигателя или регулирования его скорости изменяют параметры питающего напряжения или в цепи обмоток двигателя вводят дополнительные элементы.

Рис. 2.В. Зависимость моментов сопротивления движению от скорости для некоторых рабочих машин

Момент сопротивления движению с, создаваемый на РО машины, также может зависеть от скорости. Эта зависимость - механическая характеристика рабочей машины (мъхантма) с = (со) - индивидуальна для различных типов технологических машин. На рис. 2.6 показаны типичные характеристики для основных типов рабочих машин: 1 - машины с рабочим органом резания, если толщина снимаемого режущим органом слоя постоянна, то момент сопротивления не зависит от скорости; 2 - машины, для которых момент сопротивления определяют главным образом силы трения (например, конвейеры), момент сопротивления постоянный, но при пуске силы трения покоя могут превышать силы трения при движении; 3 - грузоподъемные механизмы, статический момент носит активный характер и не зависит от скорости, особенностью данной характеристики является то, что момент при подъеме груза несколько превышает момент сопротивления при спуске груза, что связано с учетом механических потерь в передачах; 4 - турбомеханизмы (центробежных и осевых вентиляторов и насосов), момент сопротивления этих машин существенно зависит от скорости, для вентиляторов пропорционален квадрату скорости М с = ко) ; 5 - намоточные устройства и другие машины, для которых технологически необходима работа с постоянной мощностью.

Следует отметить, что моменты на валу рабочей машины, определяемые ее механической характеристикой, не учитывают динамической составляющей момента, которая возникает при изменении скорости.

Когда момент, развиваемый двигателем, равен моменту сопротивления движения, то из (2.5) следует, что М = М с, М тш = и

т.е. жесткая механическая система будет работать с постоянной скоростью. Такой режим работы является установившимся. Момент сопротивления движению называют статическим моментом , так как он характеризует установившийся режим работы электропривода.

Рис. 2.7.

Графически условие установившегося режима работы (2.8) определяется точкой пересечения механической характеристики двигателя о)= () с механической характеристикой механизма

с = (со) (рис. 2.7). Выполнение этого условия является обязательным для установившегося режима, но нужно произвести проверку на устойчивость этого режима.

Рассмотрим механическую характеристику асинхронного двигателя (см. рис. 2.7). Момент сопротивления движению - статический момент М с не зависит от скорости - жесткость этой характеристики (З с = . Характеристики двигателя и статического момента пересекаются в двух точках А и В. Если при работе в точке А скорость по какой-либо причине возрастет, то станет меньше с, дин А. Если скорость при работе в точке А уменьшится, то момент двигателя станет больше с и скорость вернется в точку А. Работа в установившемся режиме в точке А будет устойчивой.

При работе в точке В картина обратная. Если скорость меняется в сторону увеличения, то момент двигателя будет больше с, и ускорение будет продолжаться. Если скорость отклоняется в сторону уменьшения, то момент двигателя станет меньше с, и двигатель остановится. Установившийся режим в точке В неустойчив. Условие устойчивости установившегося режима может быть сформулировано как р А это условие выполняется, в точке В не выполняется.

Тепловые режимы работы электропривода. Расчет и выбор мощности электродвигателей для кратковременного режима работы.

Расчет нагрузочных диаграмм и тахограмм.

Способы проверки двигателей на нагрев и перегрузочную способность, пересчет мощность двигателей на стандартную пв.

Расчет и выбор мощности двигателей при длительном режиме работы

Продолжительность включения (пв). Пересчет мощности двигателя на стандартную пв. Проверка двигателя на нагрев и перегрузочную способность.

Механические характеристики двигателей постоянного тока последовательного возбуждения.

Способы торможения двигателей постоянного тока последовательного возбуждения.

Способы регулирования скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения.

Способы регулирования скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения.

Основные показатели регулирования скорости электродвигателей. Способы регулирования скорости электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения.

Расчет тормозных сопротивлений двигателя постоянного тока независимого возбуждения (rдт, rп).

Расчет пусковых сопротивлений в приводах с двигателями постоянного тока последовательного возбуждения.

Расчет пусковых сопротивлений в приводах с двигателями постоянного тока независимого возбуждения.

Регулирование скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения при шунтировании обмотки якоря и включении последовательного сопротивления.

Каскадные схемы включения ад. Регулирование скорости асинхронных двигателей в системе авк.

Расчет ступени противовключения для асинхронного двигателя.

Торможение асинхронного двигателя противовключением.

Регулирование скорости асинхронных двигателей.

Расчет пусковых сопротивлений асинхронных двигателей.

Регулирование скорости электродвигателей в системе г-д. Механические характеристики системы г-д. Диапазоны регулирования.

Динамическое торможение электродвигателей постоянного и переменного тока. Расчет механических характеристик.

Регулирование скорости путем шунтирования обмотки якоря.

Расчет и выбор основного электрооборудования вентильного электропривода.

Механические характеристики вентильного электропривода.

Основные характеристики вентильного электропривода. Расчет сквозных (регулировочных) характеристик тиристорных преобразователей.

Выпрямительный и инверторный режим работы тиристорного электропривода постоянного тока.

Управление выпрямленным напряжением в системе тп-д.

Регулирование скорости двигателей в системе тп-д. Расчет механических характеристик.

Регулирование выпрямленного напряжения в системе тп-д.

Энергетические характеристики системы тп-д

Системы тпч-ад

Регулирование скорости в системе тпч-ад

Регулирование скорости в системе тпч-сд.

Переходные процессы при пуске двигателя

Механические характеристики синхронных двигателей. Пуск в ход и торможение синхронных двигателей.

Особенности пуска синхронных двигателей. Разновидности схем пуска синхронных двигателей.

Литература

1. Основное уравнение движения электропривода.

Для электромеханической системы в любой момент времени должно выполняться условие баланса мощностей:

где
- мощность, отдаваемая двигателем на вал;

- мощность статических сил сопротивления;

- динамическая мощность, идет на изменение кинетической энергии
в процессах, когда изменяется скорость двигателя.

В свою очередь уравнение для кинетической энергии запишется:

Или для динамической мощности:

Если именяются во времени, то получим:

Приравняв значения мощностей, получим:

Эта зависимость является уравнением движения электропривода. Для большинства механизмов
. Тогда уравнение примет вид:

Проанализируем это уравнение:

Основное уравнение движения электропривода является основой всех инженерных расчетов. На его основе производится расчет, например, диаграммы двигателя, выбирается двигатель, рассчитываются пусковые моменты и токи, оценивается динамика электропривода.

1. Основные понятия об устойчивости электропривода.

Устойчивость электропривода определяется при сравнении механической характеристики двигателя и механической характеристики исполнительного механизма (
и
). Рассмотрим на примере АД.

Рассмотрим для трех механических характеристик исполнительных механизмов:

В этом режиме двигатель преодолевает момент нагрузки и момент механических потерь. Режим работы устойчивый.

В таком режиме мы имеем две точки пересечения (2 и 3). Устойчивой является скорость . Потому, что небольшое отклонение скорости компенсируется изменением момента противоположного знака (wMилиwM).

Для точки 3 wM.

1. Определение времени пуска и торможения электропривода

Время пуска можно определить исходя из основного уравнения движения электропривода:

.

Выделим из этого уравнения составляющую времени:

;

Проинтегрировав это выражение получим:

.

Данным уравнением определяется время нарастания скорости от 0 до конечной (установившейся).

Время торможения может быть вычислено по следующей формуле:

1. Тепловые режимы работы электропривода. Особенности расчета и выбора мощности электродвигателей в различных тепловых режимах.

Режим работы электрической машины – это установленный порядок чередования периодов, характеризуемых величиной и продолжительностью нагрузки, отключений, торможения, пуска и реверса во время ее работы.

1. Продолжительный режим S 1 – когда при неизменной номинальной нагрузке
работа двигателя продолжается так долго, что температура перегрева всех его частей успевает достигнуть установившихся значений
. Различают продолжительный режимнеизменной нагрузкой (рисунок 1) и сизменяющейся нагрузкой (рисунок 2).

2. Кратковременный режим S 2 – когда периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя (рисунок 3). При этом периоды работы двигателянастолько кратковременны, что температуры нагрева всех частей двигателя не достигает установившихся значений, а периоды отключения двигателя настолько продолжительны, что все части двигателя успевают охладиться до температуры окружающей среды. Стандартом установлены длительность периодов нагрузки 10, 30, 60 и 90 минут. В условном обозначении кратковременного режима указывается продолжительность периода нагрузки, напримерS2 – 30 мин.

3. Повторно-кратковременный режим S3 – когда кратковременные периоды работы двигателячередуются с периодами отключения двигателя, причем за период работыпревышение температуры не успевает достигнуть установившихся значений, а за время паузы части двигателя не успевают охладиться до температуры окружающей среды. Общее время работы в повторно-кратковременном режиме разделяются на периодически повторяющиеся циклы продолжительностью
.

При повторно-кратковременном режиме работы график нагревания двигателя имеет вид пилообразной кривой (рисунок 4). При достижении двигателем установившегося значения температуры перегрева, соответству­ющего повторно-кратковременному режиму
,температура перегрева двигателя продолжает колебаться от
до
. При этом
меньше установившейся температуры перегрева, которая наступила бы, если режим работы двигателя был продолжитель­ным (
<
).

Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продол­ жительностью включения:
. Действующим стандартом преду­смотрены номинальные повторно-кратковременные режимы с ПВ 15, 25, 40 и 60 % (для продолжительного ре­жима ПВ=100%). В условном обозна­чении повторно-кратковременного ре­жима указывают величину ПВ, напри­мер, S3-40%.

При выборе двигателя, в паспорте которого, указана мощность при ПВ=100% пересчет следует делать по формуле:

.

Рассмотренные три номинальных режима считаются основными. Также стандартом предусмотрены дополнительные режимы:

повторно-кратковременный режим S4 с частыми пусками, с числом включений в час 30, 60, 120 или 240;

повторно-кратковременный режим S5 с частыми пусками и электрическим торможением в конце каждого цикла;

перемещающийся режим S6 с частыми реверсами и электрическим торможением;

перемещающийся режим S7 с частыми пусками, реверсами и электрическим торможением;

перемещающийся режим S8 с двумя и более разными частотами вращения;

Рисунок 1 Рисунок 2

Рисунок3 Рисунок 4

"

Механическая часть электропривода представляет собой систему твёрдых тел, движение которых определяется механическими связями между телами. Если заданы соотношения между скоростями отдельных элементов, то уравнение движения электропривода имеет дифференциальную форму. Наиболее общей формой записи уравнений движения являются уравнения движения в обобщенных координатах (уравнения Лагранжа):

W k – запас кинетической энергии системы, выраженный через обобщенные координаты q i и обобщенные скорости ;

Q i – обобщенная сила, определяемая суммой работ δA i всех действующих сил на возможном перемещении .

Уравнение Лагранжа можно представить в другом виде:

(2.20)

Здесь L – функция Лагранжа, представляющая собой разность кинетической и потенциальной энергий системы:

L = W k – W n .

Число уравнений равно числу степеней свободы системы и определяется числом переменных – обобщенных координат, определяющих положение системы.

Запишем уравнения Лагранжа для упругой системы (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Расчетная схема двухмассовой механической части.

Функция Лагранжа в этом случае имеет вид

Для определения обобщенной силы необходимо вычислить элементарную работу всех приведённых к первой массе моментов на возможном перемещении:

Следовательно, т.к. обобщенная сила определяется суммой элементарных работ δA 1 на участке δφ 1 , то для определения величины получим:

Аналогично, для определения имеем:

Подставив выражение для функции Лагранжа в (2.20), получим:

Обозначив , получим:

(2.21)

Примем механическую связь между первой и второй массами абсолютно жёсткой, т.е. (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Двухмассовая жесткая механическая система.

Тогда и второе уравнение системы примет вид:

Подставив его в первое уравнение системы, получим:

(2.22)

Это уравнение иногда называют основным уравнением движения электропривода. С его помощью можно по известному электромагнитному моменту двигателя М, моменту сопротивления и суммарному моменту инерции оценить среднее значение ускорения электропривода, рассчитать время, за которое двигатель достигнет заданной скорости, и решить другие задачи, если влияние упругих связей в механической системе существенно.

Рассмотрим механическую систему с нелинейными кинематическими связями типа кривошипно-шатунных, кулисных и других подобных механизмов (рис. 2.11). Радиус приведения в них является переменной величиной, зависящей от положения механизма: .

Рис. 2.11. Механическая система с нелинейными кинематическими связями

Представим рассматриваемую систему в виде двухмассовой, первая масса вращается со скоростью ω и имеет момент инерции , а вторая движется с линейной скоростью V и представляет суммарную массу m элементов, жёстко и линейно связанных с рабочим органом механизма.

Связь между линейными скоростями ω и V нелинейная, причём . Для получения уравнения движения такой системы без учёта упругих связей воспользуемся уравнением Лагранжа (2.19), приняв в качестве обобщенной координаты угол φ. Определим обобщенную силу:

Суммарный момент сопротивления от сил, воздействующих на линейно связанные с двигателем массы; приведённый к валу двигателя;

F C – результирующая всех сил, приложенная к рабочему органу механизма и линейно связанным с ним элементам;

– возможное бесконечно малое перемещение массы m .

Нетрудно видеть, что

Радиус приведения.

Момент статической нагрузки механизма содержит пульсирующую составляющую нагрузки, изменяющуюся в функции угла поворота φ:

Запас кинетической энергии системы:

Здесь - суммарный приведённый к валу двигателя момент инерции системы.

Левую часть уравнения Лагранжа (2.19) можно записать в виде:

Таким образом, уравнение движения жёсткого приведённого звена имеет вид:

(2.23)

Оно является нелинейным с переменными коэффициентами.

Для жёсткого линейного механического звена уравнение статического режима работы электропривода соответствует и имеет вид:

Если при движении то имеет место или динамический переходный процесс, или принуждённое движение системы с периодически изменяющейся скоростью.

В механических системах с нелинейными кинематическими связями статические режимы работы отсутствуют. Если и ω=const, в таких системах имеет место установившийся динамический процесс движения. Он обусловлен тем, что массы, движущиеся линейно, совершают возвратно-поступательное движение, и их скорости и ускорения являются переменными величинами.

С энергетической точки зрения различают двигательные и тормозные режимы работы электропривода. Двигательный режим соответствует прямому направлению передачи механической энергии к рабочему органу механизма. В электроприводах с активной нагрузкой, а также в переходных процессах в электроприводе, когда происходит замедление движения механической системы, происходит обратная передача механической энергии от рабочего органа механизма к двигателю.

Поскольку периоды разгона и торможения электропривода не являются эффективным временем работы механизма, их длительность желательно по возможности сокращать, что особенно важно для привода механизмов, работающих с частыми пусками и остановками.

Продолжительность переходных процессов привода определяется интегрированием уравнения движения электропривода. Разделив переменные, получим для периода пуска

где J - момент инерции, приведенный к валу двигателя. Для решения этого интеграла необходимо знать зависимость моментов двигателя и механизма от скорости. Текущее значение момента двигателя при реостатном пуске заменим средним его значением М=αМ ном, как это показано на рис. 31. Тогда для простейшего случая пуска при условии, что M c =const, получим следующее выражение для времени пуска от состояния покоя (ω 1 =0) до конечной угловой скорости (ω 2 = ω ном), соответствующей статическому моменту М c:

Время торможения определится из выражения

Из уравнения видно, что теоретически угловая скорость достигнет своего установившегося значения только через бесконеч­но большой промежуток времени (при t =∞). В практических же расчетах считают, что процесс разбега заканчивается при угловой скорости, равной не установившемуся ее значению ω= ω с, а при ω=(0,95÷0,98)ω с. Из уравнения следует, что уже при t= 3Т м ω=0,96 ω 0 , т. е. переходный процесс практически будет за­кончен за время t= (3÷4)T м.

Поскольку пуск двигателей постоянного тока и асинхронных с фазным ротором часто осуществляется через многоступенчатый Реостат, необходимо уметь вычислять время разбега двигателя на каждой ступени.

Для ступени х уравнение может быть переписано в виде

М = М с + (М к - М с) е, (33)

где: М к -номинальный момент при пуске; t x - время разбега двигателя на рассматриваемой ступени; Т мх - электромеханическая постоянная времени для этой же ступени.

где ω хн - угловая скорость на ступени х при М=М, ном.

Решая равенство (33) относительно времени пуска и учитывая равество (27), находим

Где: ω х -угловая скорость на ступени х при М=М к; ω х+1 -то же, на ступени х+ 1 при М=Мк; ω хс - то же, на ступени х при M=М с.

Время разбега на естественной характеристике te теоретически равно бесконечности. При расчетах же его принимают равным (3÷4)Т м.е. Общее время разбега двигателя при пуске равно суммарному времени разбега на всех ступенях.

Время торможения электропривода определяется также реше-нием основного уравнения движения.

Замедление привода происходит в том случае, если динамический момент имеет отрицательное значение или когда вращающий момент двигателя меньше статического момента сопротивления

Для торможения противовключением, когда угловая скорость изменяется от ω= ω 1 до ω=0, уравнение (27) может быть переписано в виде

М 1 и ω 1 - соответственно момент и угловая скорость двигателя в начале торможения; ω с - угловая скорость, соответствующая моменту М с на заданной механической характеристике.

Время торможения от ω 1 до полной остановки составит

При динамическом торможении от w=w1 до w=0

Время реверсирования можно рассматривать как сумму времени торможения и разбега в обратном направлении.

Основным уравнением, описывающим работу системы электро­привода, является уравнение движения. Пользуясь этим урав­нением, можно произвести анализ переходных процессов, вычислить время разгона и торможения, определить расход энергии и т. д.

Решив уравнение движения электроприводов относительно угловой скорости ω или вращающего момента двигателя М для про­стейшего случая, когда M c = const, механическая характеристика двигателя линейна, получим уравнение переходного процесса при­вода

где M с и ω с - статический момент и соответствующая ему угловая скорость; Мнач и ω нач - соответственно момент двигателя и угловая скорость в начале переходного режима; t - время, прошедшее от начала переходного режима; Т м -электромеханическая постоянная чая времени.

Электромеханической постоянной называется время, в течение которого привод с приведенным моментом инерции J разгоняется вхолостую из неподвижного состояния до угловой скорости идеального холостого хода ω о при неизменном вращающем моменте, равном моменту к.з. Мк (или начальному пусковому моменту) двигателя. С увеличением величины Т м растет время переходных процессов и, как следствие, снижаются производительность и экономичность работы машины

Электромеханическая постоянная времени может быть определена ленаиз следующего выражения:

где: s hom =(ω 0 -ω ном)/ω о -скольжение (для асинхронного двигателя) или относительный перепад скорости (для двигателя постоянного тока параллельного возбуждения) при работе на искусствен ной характеристике при номинальном моменте на валу двигателя; Mк -начальным пусковой момент двигателя (момент к.з. ).

Из уравнении (27) и (28) следует, что при линейной механической характеристике двигателя и постоянном статическом моменте изменение угловой скорости и момента, развиваемого двигателем, происходит по экспоненциальному закону. В частном случае, когда пуск двигателя совершается под нагрузкой из неподвижного состояния (ω нач =0), уравнение (27) принимает вид

и при пуске вхолостую, когда М c = 0,

На рис. 30 изображен процесс нарастания угловой скорости движения согласно уравнению (27). Постоянная времени определяется из графика отрезком на прямой, отсекаемым касательной, проведенной из начала координат к кривой ω=f(t)

Лекция 7. Основы выбора электродвигателей.

В производственных условиях нагрузка на двигатель зависит от величины нагрузки механизма и характера изменения ее во времени.

Закономерность изменения статической нагрузки во времени обычно.изображается в виде диаграмм, которые называются нагрузочными диаграммами механизма. На основании нагрузочных диаграмм механизма строятся нагрузочные диаграммы двигателя, в которых учитыва­ются статистические и динамические нагрузки.

Так как нагрев двигателей в основном происходит за счет потерь электроэнергии в обмотках двигателя, а при различных нагрузках величина тока в обмотках различна, то и температура

обмоток двигателя будет зависеть от нагрузочных диаграмм.

Нагрузочные диаграммы электродвигателей делятся:

по характеру изменений величины нагрузки во вре­мени - на диаграммы с постоянной и переменной на­грузкой (рис. 5.4);

по продолжительности нагрузки - на диаграммы с продолжительной, кратковременной, повторно-кратковре­менной и перемежающейся нагрузкой.

В соответствии с таким делением нагрузок принято различать четыре основных режима работы двигателей с постоянной и переменной нагрузкой: продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный, перемежа­ющийся.

В каждом двигателе имеются токоведущие части, изолированные изоляцией. Изоляция, не меняя своих параметров, выдерживает только определенную темпе­ратуру. Эта температура и есть пре­дельная (допустимая) температура, до которой может нагреваться двигатель. Если двигатель будет нагружен так, что его τ у будет выше τ д, - он выйдет из строя.

Конечная температура электродвигателя τ н слагается из превышения его температуры над температурой окру­жающей среды и температуры окружающей среды (для средней полосы СССР она принята 308 К). Учитывая это положение, следует сделать вывод, что в характеристи­ках двигателей указана мощность для окружающей сре­ды с температурой 308 К. При изменении температуры окружающей среды можно, в определенных пределах, менять и нагрузку на двигатель против его паспортной мощности.

Допустимые температуры нагрева обмоток двигателей ограничиваются свойствами различных классов изоля­ции, а именно:

класс У, τ д =363 К - непропитанные хлопчатобу­мажные ткани, пряжа, бумага и волокнистые материалы из целлюлозы и шелка;

класс А, τ д = 378 К-те же материалы,но пропитан­ные жидким диэлектриком (маслом, лаком) или опущен­ные в трансформаторное масло;

класс Е, τ д = 393 К-синтетические органические пленки, пластмассы (гетинакс, текстолит), изоляция эма­лированных проводов на основе лаков;

класс В, τ д = 403 К-материалы из слюды, асбеста и стекловолокна, содержащие органические вещества (миканит, стеклоткань, стеклотекстолит) и некоторые пластмассы с минеральным наполнением;

класс F, τ д = 428 К-те же материалы в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими веще­ствами повышенной теплостойкости;

класс Н, τ д = 453 К-те же материалы в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими веществами, а также кремнийорганическая резина;

класс С, τ д более 453 К - слюда, электротехническая керамика, стекло, кварц, асбест, применяемые без свя­зующих составов или с неорганическими связующими со­ставами.

Выше были рассмотрены условия работы электропривода в установившемся режиме, когда момент, развиваемый двигателем, равен моменту сопротивления механизма и скорость привода является постоянной. Однако во многих случаях привод ускоряется или замедляется, и тогда возникает инерционная сила или инерционный момент, которые двигатель должен преодолевать, находясь в переходном режиме. Таким образом, переходным режимом электропривода называют режим работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, момент и ток.

Причинами возникновения переходных режимов в электроприводах является либо изменение нагрузки, связанное с производственным процессом, либо воздействие на электропривод при управлении им, т. е. пуск, торможение, изменение направления вращения и т. п. Переходные режимы в электроприводах могут возникнуть также в результате аварий или нарушения нормальных условий электроснабжения (например, изменения напряжения или частоты сети, несимметрия напряжения и т. п.).

Уравнение движения электропривода должно учитывать все силы и моменты, действующие в переходных режимах.

При поступательном движении движущая сила всегда уравновешивается силой сопротивления машины и инерционной силой , возникающей при изменениях скорости. Если масса тела выражена в килограммах, а скорость – в метрах в секунду, то сила инерции, как и другие силы, действующие в рабочей машине, измеряются в ньютонах (кг·м·с -2).

В соответствии с изложенным уравнение равновесия сил при поступательном движении записывается так:

. (2.14)

Аналогично уравнение равновесия моментов, Н·м, для вращательного движения (уравнение движения привода) имеет следующий вид:

. (2.15)

Уравнение (2.15) показывает, что развиваемый двигателем вращающий момент уравновешивается моментом сопротивления на его валу и инерционным или динамическим моментом . В (2.14) и (2.15) принято, что масса тела и соответственно момент инерции привода являются постоянными, что справедливо для значительного числа производственных механизмов. Из анализа (2.15) видно:

1) при , т. е. имеет место ускорение привода;

2) при , т.е. имеет место замедление привода (очевидно, что замедление привода может быть и при отрицательном значении момента двигателя);

3) при , в данном случае привод работает в установившемся режиме.

Вращающий момент, развиваемый двигателем при работе, принимается положительным, если он направлен в сторону движения привода. Если он направлен в сторону обратную движению, то он считается отрицательным. Знак минус перед , указывает на тормозящее действие момента сопротивления, что отвечает усилию резания, потерям трения, подъему груза, сжатию пружины и т. п. при положительном знаке скорости.

При спуске груза, раскручивании или разжатии пружины и т. п. перед ставится знак плюс, поскольку в этих случаях момент сопротивления помогает вращению привода.

Инерционный (динамический) момент (правая часть уравнения моментов) проявляется только во время переходных режимов, когда изменяется скорость привода. При ускорении привода этот момент направлен против движения, а при торможении он поддерживает движение. Инерционный момент как по значению, так и по знаку определяется алгебраической суммой моментов двигателя и момента сопротивления.

При учете сказанного о знаках моментов формула (2.15) соответствует работе двигателя в двигательном режиме при реактивном моменте сопротивления (или при потенциальном тормозящем моменте сопротивления). В общем виде уравнение движения привода может быть записано следующим образом:

. (2.16)

Выбор знаков перед значениями моментов в (2.16) зависит от режима работы двигателя и характера моментов сопротивления.