Файл: Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 176
Скачиваний: 2
Для вала при ого скручивании |
|
|
||||
|
|
|
С = JpG/l, |
Н-м, |
(1-51) |
|
где |
I — длина |
вала, м; |
|
|
|
|
т яЯ4 |
— момент |
инерции |
поперечного сечения |
ва |
||
Jp — — |
|
|||||
|
|
ла, м'1; |
|
|
Па. |
|
G — модуль упругости кручения, |
тем |
|||||
Чем |
|
больше значение коэффициента |
жесткости, |
жестче механическая часть и том меньшие деформации возникают в ней. Большей частью механические звенья привода выполняются так, что возникающие деформации и имеющиеся в них зазоры малы и практически не иска жают движения, передаваемого от двигателя к рабочему органу. В таких случаях механическую часть привода можно рассматривать как одномассовое звено (рис. 1-3). Однако в отдельных'случаях коэффициент жесткости меха нических звеньев оказывается относительно небольшим, упругость и деформации звеньев становятся существен ными, что может внести значительные изменения в харак тер движения электропривода. Примерами могут служить установки, в которых двигатель соединяется с большими маховыми массами через явно выраженный упругий элемент: длипиый вал; длинный канат в подъемных лебед ках; ленту или цепь в конвейерах большой протяжен ности. Заметная упругость может иметь место и в длинных кинематических цепях без явно выраженного упругого элемента. Небольшие деформации на отдельных элементах могут оказаться значительными в сумме на всех элементах нз-за их большого числа.
Рассмотрим влияние упругости и зазоров в механиче ских звеньях на движение электропривода па следующем примере. Пусть механическая часть привода включает в себя один упругий невесомый элемент с коэффициентом жесткости С0 и зазором 60. Все остальные элементы абсо лютно жесткие и без зазоров. Величины, характеризую щие механическую часть (коэффициент жесткости, зазор, маховые массы и моменты), приведем к валу двигателя.
Очевидно, |
что величины углового зазора, |
приведенные |
к валу двигателя, определятся следующим образом: |
||
для элемента с вращательным движением и угловым |
||
зазором 60, |
рад |
|
|
8 = 60г'р, рад; |
(1-52) |
40
для элемента с поступательным движением и линейным зазором 60, м,
б = 60/р, рад, |
(1-53) |
где ip и р — передаточное отношение п радиус приведе ния от двигателя до элемента с зазором.
Коэффициент жесткости С0 упругого элемента в соот ветствии с (1-48) и (1-49) определяется отношением усилия или момента к соответствующим деформациям. Поэтому для приведения величины С0к валу двигателя выполняется приведение усилий, моментов и деформаций. ТогдД при веденные к валу двигателя коэффициенты жесткости
C=^C0/ip |
(1-54) |
для упругого вала при кручении;
= р2 |
(1-55) |
для упругого поступательно-движущегося элемента при растяжении и сжатии.
Рпс. 1-16. Двухмассовое механическое звено электро привода с упругим элементом п зазором.
Маховые массы, разделенные зазором и упругим эле ментом, приводятся к валу двигателя согласно (1-12). В результате все маховые массы привода сводятся к двум, одна из которых жестко связана с двигателем и обладает моментом инерции / х, другая отделена от двигателя зазо ром и упругим элементом и обладает моментом инерции / 2. Таким образом, механическая часть привода для рассма триваемого примера представляет собой двухмассовую систему, модель которой показана па рис. 1-16.
Если в механическом звене отсутствуют зазоры и потери, то опо представляет собой линейную колебатель ную систему. Для математического описания движения такой системы упругий элемент мысленно разрезают, а к маховым массам, первой и второй, прикладывают рав ный и противоположно направленный, момент в упругом
41
элементе (М у). Тогда согласно (1-17) и расчетной схеме на рис. 1-16 уравнения движения получат вид:
|
|
М - М , = ^ |
: |
(1-56) |
|
|
|
|
|
где |
|
Му = С Дер = С (ф1 — ф3); |
(1-57) |
|
|
|
|||
Фх н |
ф2 — углы |
поворота на концах упругого элемента. |
||
Из (1-56) и (1-57) можно найти записанное относительно |
||||
деформации Дф следующее уравнение: |
|
|||
|
d2A ф . |
+ '£ . |
(1-58) |
|
|
~ W ' (й ? + Ш)Лф = ^ |
|||
Здесь |
= ~j/~ |
угловая частота свободных колебаний |
||
|
|
первой маховой массы, рад/с; |
|
|
Qо |
— угловая частота свободных колебаний |
второй маховой массы, рад/с. Уравнение (1-58) характеризует систему как консерва
тивную, в которой при внешнем возмущающем импульсе возникают незатухающие гармонические колебания с угло вой частотой
Q12 = l / Q f T ^ = ] / y ^ c . |
(1-59) |
Если с такой частотой на систему будет воздействовать внешнее возмущение, то возникнет явление резонанса, при котором амплитуда колебаний будет неограниченно воз растать. В действительности механическое звено не может быть консервативным. В нем всегда «имеют место потери на трение. При этом сухое трепне демпфирует только такие колебания, в которых скорость изменяет свой знак. Вязкое трение всегда оказывает демпфирующее действие. Это трение возникает при работе вращающихся элементов в жидкой или воздушной среде (подшипники, зубчатые передачи, работающие в масле, крыльчатки вентилятора двигателя)'.
В упругом элементе при переменных деформациях воз никает явление упругого гистерезиса, когда нарушается определяемая законом Гука однозначная зависимость усилия от деформации. Возрастающим деформациям соот
42
ветствуют большие усилия, нем уменьшающимся. При этом расхождение в усилиях тем значительней, чем больше скорость изменения деформации. Этот факт позволяет рас сматривать потери на упругий гистерезис как потери на вязкое трение внутри упругого элемента. Приближенно можно принять для моментов вязкого трения следующие зависимости:
|
•Л^в.п. — Pi®i |
(1-60) |
на |
валу двигателя; |
|
|
^В.Т2 = Р2®2 |
(1-61) |
на |
рабочем органе; |
|
|
ЛГВ-Т =р(сох —со2) |
(1-62) |
вупругом элементе.
Сучетом выражений (1-60)—(1-62) уравнения движе ния электропривода с двумя массами и упругим звеном получат вид:
М — m y — Pi“ i — Р К — “ г) = Л ;
(1-63)
М 7+ р (©1 — со2) — р2со2 —М с = / 2 ^
Наличие зазора делает двухмассовую систему нели нейной.
Уравнения (1-56) и (1-63). справедливы, когда зазор выбран и маховые массы, связанные упругим элементом, движутся совместно. В этом случае при отсчете разности углов от середины зазора
и |
Му —С (фх — ф2 — 6т /2) |
(1-64) |
|
|
|
I ' |
IФ1—Фз |> % -- |
(1-65) |
Если |
| Фх ф21=£S 6т /2, |
(1-66) |
|
то в системе появляется зазор и М у = 0. Маховые массы при этом движутся раздельно в соответствии с уравне ниями
М - р 1С01 = / 1^ ; |
(1-67) |
—р2ша- М 0 = / 2^ . |
(1-68) |
43
Так как при наличии зазора отсутствует деформация в ynpyroii валу, то его демпфирующий момент Мв т вяз кого треппя следует принять равным нулю.
Рассмотрим движение двухмассовой системы с упругим элементом и зазором, но без потерь. Пусть М0 = 0 и к первой вращающейся массе, жестко связанной с валом двигателя и характеризуемой момептом инерции / х, при ложили постоянный вращающий момент, когда между
обеими массами есть зазор (точ ка К иа рис. 1-17). Тогда пер вая масса, к которой приложен момент М, разгоняется равно ускоренно в пределах воздуш ного зазора до скорости
|
“ 10_У |
|
7"Г- |
|
|
Г 26Л/ |
|
|
Вторая масса, отделенная от |
||
|
первой зазором и упругим эле |
||
Рис. 1-17. Характеристика |
ментом (Л), при этом остается |
||
упругого элемента с зазо |
неподвижной, так как Му = 0 |
||
ром. |
(рис. 1-17). После выбора зазора |
||
|
(точка 1 на рис. |
1-17) совмест |
ное вращение двух масс описывается системой уравнений (1-56), которая с учетом зависимости (1-57) может быть разрешена относительно М у:
|
|
|
|
(1-09> |
где у2 = |
+ Л^- |
|
|
|
Данное уравнение имеет своим решением свободные |
||||
гармонические колебания момента с частотой Q12 н с по |
||||
стоянной составляющей Му2, т. е. |
|
|
||
|
Му = Л sin (Qnt - |
ф) + у2М. |
(1-70) |
|
Начальные |
условия после |
выбора |
зазора! |
|
|
« = 0; Му = 0; |
~ |
Со10. |
|
По данным условиям из выражений
—A sinф + у2М = 0;
Лйг.2СОЗф = С(й10
44
находятся фаза и амплитуда колебаний
tg Ф |
£212 |
1 Г Тг^ |
|
(1-71) |
|
Со,, |
У |
26С ' |
|
||
- 4 = ъ м / 1 + |
( ^ ) г - т гм |
/ 1 + 2 |
6С |
(1-72) |
|
|
|
|
|
у2М ‘ |
|
График изменения момента в упругом элементе пока зан на рис. 1-18, а. Движение первой маховой массы начи нается при наличии зазора в момент времени ’t0 приложе-
Рис. 1-18. Графики изменения момента п скоро стей в двухмассовом механическом звене привода с упругим элементом и зазором при воздействии на звено постоянного момепта.
ния скачком вращающего момепта М. При этом Му = |
О |
от t.0 до tx, пока не выбрап зазор. С момента времени |
|
деформируется упругий элемент и Му нарастает по сину |
соидальному закону в соответствии с |
(1-70), достигая |
при t = tM своего максимума (точка А |
на рис. 1-17). |
Когда М < Му, движение первой маховой массы замед ляется. Далее Му уменьшается и обращается вновь в нуль в момент времени *2 (точка 2 на рис. 1-17). В интервале времени от t2 до tK растет зазор между массами от нуле вого до исходного значения. На этом заканчивается цикл (точка К на рис. 1-17). Далее в интервале времени от
45
iK= to до t'{ зазор вновь выбирается первой маховой мас сой и т. д. Направление процесса и изменения Лер и М у иллюстрируется с помощью стрелок па рис. 1-17. На осно вании графика изменения упругого момента и уравнений движения (1-56) могут быть рассчитаны и построены гра фики изменения угловых скоростей маховых масс (рис. 1-18, б). Из выражения (1-72) следует, что амплитуда колебаний момента в упругом элементе будет тем больше, чем больший зазор предшествует началу движения масс. Амплитуды колебаний М у и взаимного положения масс остаются неизменными, поскольку в системе нет затуха ния. Это значит, что из какого положения система была выведена, в то же положение она возвратится. При этом разности скоростей в моменты времени /х и t2 равны по величине и противоположны по знаку.
При наличии моментов вязкого трения на концах упру гого элемента М в Т1 — р1со1 и М ВТ2 = р2со2 колебания в системе затухают. В пределе механическое звено будет двигаться с неизменной скоростью при постоянном упру гом моменте:
со, = со., = —^ — = const; |
Му = —Ц— М = const. |
1 “ Р х + Р з |
у Рх + Рз |
Г л а в а в т о р а я
ХАРАКТЕРИСТИКИ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ
2-1. МЕХАНИЧЕСКИЕ II СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
Механические характеристики электродвигателя пред ставляют собой зависимость угловой скорости его вала от развиваемого электромагнитного момента со (М) в уста новившемся режиме работы и выражают связь между двумя механическими величинами, характеризующими работу электродвигателя. Скоростные характеристики со (I) представляют собой зависимость угловой скорости от тока главной цепи двигателя в установившемся режиме работы и отражают связь между механической и электрической величинами. Если первые характеристики используются для анализа работы двигателя совместно с приводимым
46