Уравнение движения. Статические режимы

ПРОСТОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Общие положения

Современный этап развития Украины характеризуется острым энергодефицитом, так как потребность в использовании топливно-энергетических ресурсов за счёт собственной их добычи удовлетворяется меньше, чем на 50%. В то же время энергоемкость валового внутреннего продукта в два раза выше, чем тот же показатель для стран западной Европы, и он продолжает возрастать. Производство же сократилось на многих предприятиях до 20..25% бывшего потенциала. Наиболее энергоемкими потребителями являются вентиляторные, насосные, подъёмные, компрессорные установки, конвейерные линии и др.

При существующем уровне цен в Украине стоимость используемой электроэнергии составляет около 3800 миллионов долларов США в год. Дополнительно 1900 миллионов долларов США в год тратится на торговых (коммерческих) объектах (тепло-, водоснабжение, охлаждение, кондиционирование воздуха и вентиляция).

Сохранение электрической энергии является важной частью общей тенденции по защите окружающей среды. Добыть тонну топлива и выработать соответствующее количество энергии примерно вдвое дороже, чем сэкономить. Электродвигатели, приводящие в действие системы в быту и на производстве, потребляют более 60% производимой энергии, именно здесь заложены самые крупные резервы энергосбережения.

Достоинства электропривода по сравнению с другими типами приводов:

· простой метод передачи электроэнергии;

· высокий КПД ;

· работа без отходов;

· привод регулируемый и обратимый.

Большинство электродвигателей работают в нерегулируемом режиме и, следовательно, с низкой эффективностью. Из-за недостатков проектирования и эксплуатации электропривода коэффициент загрузки многих машин не превышает 50 %, что диктует необходимость снижения установленной мощности двигателей.

Работа привода в недогруженном режиме приводит к огромным потерям, не считая пониженного значения коэффициента мощности, поскольку общая установленная мощность асинхронных двигателей в стране составляет около 40… 50 млн. кВт. Суммарная же установленная мощность двигателей в СНГ примерно равна 550 млн. кВт.

Возрастающая сложность получения энергии, рост энергоёмких технологий, необходимость безаварийной работы машин и механизмов требует применения регулируемого электропривода. Переход к регулируемому электроприводу переменного тока отдельных механизмов позволит сэкономить до 50 % энергоресурсов.

Недавний прогресс в полупроводниковой индустрии, особенно в силовой электронике и микроконтроллерах, сделали приводы с регулированием частоты вращения более практичными и значительно менее дорогими. Сегодня регулируемые приводы требуются не только в высокопрофессиональных и мощных промышленных применениях, но все больше в бытовой технике_­­­, например, в стиральных машинах, компрессорах, небольших насосах, кондиционерах воздуха и т.п.

Поэтому в настоящее время важное значение имеет внедрение методов и способов управления энергоэффективностью (энергосбережением) средствами промышленного электропривода, т. к. с одной стороны стала острой проблема экономии электроэнергии и, с другой – появилась реальная возможность её эффективного решения применительно к главному её потребителю электроприводу.

По имеющимся оценкам, при наличии экономически оправданных инвестиций в промышленном и торговом секторах экономики Украина может сэкономить свыше 570 миллионов долларов США в год, т.е. около 10% от общих расходов в этих секторах.

Уравнение движения. Статические режимы

Вся поступающая к двигателю электрическая энергия W преобразовывается в нем в механическую и расходуется на энергию Wc – которая идёт на преодоление сил сопротивления движению, и энергию Wj – которая идёт на изменение запаса кинетической энергии движущихся частей системы

W=Wc+Wj Дж.

Энергия за единицу времени

P=Pc+Pj Вт,

где Р=Mw – мощность, развиваемая двигателем.

При вращении двигатель развивает электромагнитный момент М необходимый для преодоления статистического момента M_с, создаваемого рабочей машиной

М-Мс=Мj Нм, где Мj =Jdw/dt.

Режимы работы электропривода:

· М>Mc , Mj>0 - пуск (разгон) двигателя;

· М=Мс, Мj=0 - статический (установившейся) режим;

· М<M_С, Mj<0 – торможение в двигательном режиме;

· М=0, Mj<0 – торможение свободным выбегом;

· М<0, Mj<0 – электрический режим торможения.

Все электрические машины являются обратимыми, т.е. могут работать в двигательном, и в генераторном режимах. В первом случае электрическая машина является потребителем электроэнергии и создает вращающий момент, совпадающий по направлению со скоростью (Р=Мw>0). Xарактеристики машины в двигательном режиме изображается в первом и третьем квадрантах. Во втором случае машина является источником электрической энергии, ее момент направлен встречно к направлению вращения (Р=Мω>0). Механические характеристики машины в тормозном режиме изображается во втором и четвёртом квадрантах.

Статический момент на валу двигателя создаётся силами полезных и вредных сопротивлений при работе машины. Полезными силами сопротивления являются силы, для преодоления которых предназначена машина.

Статические моменты, как правило, препятствуют движению, но при определённых условиях могут способствовать движению. Все статические моменты делятся на две группы:

· реактивные;

· активные.

Реактивные (пассивные) моменты создаются силами трения, резания, сжатия неупругих тел. Они всегда противодействуют движению. Их характерной особенностью является то, что они меняют знак при изменении направления движения.

Ко второй группе относятся статические моменты, действие которых связано с изменением потенциальной энергии отдельных элементов системы (подъем груза, сжатие упругих тел и т.д.). Поэтому их также называют потенциальными или активными моментами. Они сохраняют направление своего действия при изменении направления вращения.

Механической характеристикой электродвигателя называется зависисимость его угловой скорости от

вращающего момента

w=f (M).

Механической характеристикой механизма называется зависимость скорости двигателя от приведенного статического момента

w=f (Mc).

Механическая характеристика двигателя при питании его от сети с номинальными значениями параметров и отсутствии добавочных сопротивлений в цепях обмоток двигателя называется естественной. На ней находятся точки, соответствующие паспортным данным двигателя. При изменении одного или нескольких параметров характеристики называются искусственными.

Основные показатели электропривода:

· жёсткость механических характеристик;

· перегрузочная способность – отношение максимального момента к номинальному;

· диапазон регулирования - отношение максимальной угловой скорости двигателя к минимальной при номинальном моменте;

· плавность регулирования - отношение скоростей двух соседних ступеней регулирования;

· регулирование с постоянным моментом или мощностью;

· устойчивость работы - способность восстанавливать установившийся режим работы при различных возмущениях;

· экономичность регулирования - оценка затрат при регулировании.