Нагрузочные диаграммы механизма и двигателя.

Исходные данные для выбора двигателя обычно представляются в виде нагрузочных диаграмм механизма, т.е. зависимостей М_с(t) и w(t) и приведенного момента инерции J_м¢ (см. п.2.2). Зависимость w (t) иногда называют тахограммой. Иногда М_с(t) зависит от пути, в этом случае при известной скорости можно перестроить заданный график М_с(j), получив его в виде М_с(t).

Нагрузочные диаграммы механизма, вообще говоря, могут иметь любой вид, однако всегда можно выделить цикл, т.е. промежуток времени t_ц, через который диаграмма повторяется. Если характер работы таков, что режимы воспроизводятся плохо (лифт, подъемный кран и т.п.), строят нагрузочные диаграммы для наиболее вероятного или наиболее тяжелого цикла.

Следует особо подчеркнуть, что для обоснованного выбора двигателя требуемая нагрузочная диаграмма механизма должна быть известна. На рис. 7.2 в качестве примера приведены требуемые нагрузочная диаграмма и тахограмма некоторого механизма (верхние для графика).

Рис. 7.2. Нагрузочные диаграммы механизма и двигателя

Для предварительного выбора двигателя по известной нагрузочной диаграмме механизма можно найти средний момент статической нагрузки

,

где М_{c i} – момент статической нагрузки на i-ом интервале;

t_i – продолжительность i-ого интервала;

n – число интервалов, где M_с=const.

Номинальный момент искомого двигателя с учетом динамических нагрузок может быть оценен как

.

В качестве номинальной скорости следует взять w_макс, если регулирование однозонное вниз от основной скорости, или w_мин, если регулирование однозонное вверх от основной скорости. По найденным таким образом величинам М_н и w _н можно выбрать двигатель по каталогу и, следовательно, определить его момент инерции, построить механические характеристики, кривые переходных процессов.

После того, как двигатель предварительно выбран, можно перейти к построению нагрузочной диаграммы двигателя, т.е. зависимости М(t). Это построение сводится к решению уравнения движения

одним из описанных в гл.5 приемов.

На рис. 7.2 внизу показана нагрузочная диаграмма двигателя, построенная в предположении, что при изменении скорости M » const , а при набросе и сбросе нагрузки привод работает на линейной механической характеристике.

Нетрудно видеть, что нагрузочная диаграмма двигателя существенно отличается от нагрузочной диаграммы механизма. На рис. 7.3 – 7.5 показано еще несколько типичных нагрузочных диаграмм и соответствующие

динамические характеристики привода.

Рис. 7.3 соответствует случаю, когда механизм с M_с = const работает

в режиме изменяющейся скорости. Идеализированная динамическая механическая характеристика показана внизу. Следует отметить, что при построении нагрузочных диаграмм двигателя часто прибегают к подобной идеализации, так как для целей выбора двигателя детали диаграммы, обусловленные особенностями конкретной характеристики, обычно несущественны.

Рис. 7.3. Нагрузочная диаграмма при М_с = const и w = var

На рис. 7.4 показана нагрузочная диаграмма привода, работающего в режиме частых пусков и торможений, осуществляемых по характеристикам, приведенным внизу. Графики w (t) М(t) построены в соответствии с правилами, изложенными в п. 5.2.

Рис. 7.4. Нагрузочная диаграмма при частых пусках – торможениях

На рис. 7.5 показаны нагрузочные диаграммы электропривода с пиковым характером нагрузки при линейной механической характеристике двигателя. Момент статической нагрузки изменяется мгновенно от М_с0 до М_с1. Момент, развиваемый двигателем при приложении М_с1 выразится как

,

а при снятии нагрузки

,

где .

Рис. 7.5. Нагрузочная диаграмма маховикового электропривода

Величины M¢, М¢¢ и w ¢, w ¢¢ при заданных t₁ и t₂ определяются значением T_м. Если T_м мала, то момент, развиваемый двигателем, будет повторять изменение М_с. Если, напротив, T_м велика, то M¢, М¢¢ и w ¢, w ¢ будут мало отличаться от соответствующих средних значений М_{с ср} и w _ср благодаря тому, что энергия, запасенная во вращающихся частях привода на интервале t₁ (М_с=М_с0 ) будет расходоваться на покрытие пика нагрузки на интервале t₂ (М_с=М_с1). При w »w _ср эта энергия пропорциональна площадям, заштрихованным на рис. 7.5. «Спрямление» нагрузочной диаграммы двигателя при пиковом характере нагрузки часто оказывается весьма полезным, так как позволяет снизить требования к перегрузочной способности двигателя и уменьшить потери в двигателе.

Увеличение Т_м в этих случаях достигается использованием маховика с моментом инерции и выбором соответствующей величины жесткости механической характеристики двигателя b.

Нагрузочная диаграмма двигателя, как отмечалось, служит основой для проверки предварительно выбранного двигателя по перегрузочной способности и по нагреву.

Проверка по перегрузочной способности сводится к проверке выполнения условия

,

где - максимальный момент из нагрузочной диаграммы двигателя;

- допустимый по перегрузке момент двигателя.

Для двигателя постоянного тока нормального исполнения

;

для асинхронного двигателя с учетом возможного снижения напряжения питания на 10%

;

для синхронного двигателя нормального исполнения

.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели дополнительно проверяются по пусковому моменту; для нормального пуска должно выполняться условие:

,

где - максимальный момент статической нагрузки, при котором должен выполняться пуск привода;

- пусковой момент двигателя.

Проверка по нагреву, сводящаяся к оценке фактической температуры изоляции обмоток двигателя и сравнению ее с допустимой, также выполняется с использованием нагрузочных диаграмм двигателя. Эта операция выполняется с использованием тепловой модели двигателя.