2.5. Переходные процессы в механической части электропривода

  Рассмотрим переходные процессы в механической части электропривода, представленной жестким механическим звеном.

  Допустим, что начальная скорость равна нулю: , а к ротору двигателя в момент времени t=0 прикладывается электромагнитный момент двигателя, изменяющийся по экспоненциальному закону с постоянной времени Т.

  Решим уравнение электропривода относительно дифференциала скорости: , где - ускорение масс механической части.

  Проинтегрируем обе части полученного равенства при заданном законе изменения движущего момента:

  В результате получим (рис. 2.16):

где

   - начальное ускорение;

   -начальный момент двигателя.

  Время переходного процесса практически можно считать равным t n . n. =(3÷4)T (рис. 2.16).

  Рассмотрим условия движения электропривода при постоянных моментах двигателя и сопротивления, т.е. и (рис. 2.17а). В результате интегрирования уравнения

т. е. получим известную формулу равномерно ускоренного движения:

  С помощью этого выражения можно определить время переходного процесса t n.n. изменения скорости от начального значения до конечного значения :

  При , электропривод сохраняет состояние покоя ( ) или равномерного движения ( ) до тех пор, пока равенство не будет нарушено. В момент t=0 момент двигателя скачком увеличивается до значения и электропривод сразу переходит в режим равномерно ускоренного движения с ускорением . Если оставить момент двигателя неизменным, т. е. , этот режим будет длиться сколь угодно долго, а скорость неограниченно возрастать. На практике при достижении электроприводом требуемой скорости момент двигателя снижается до значения (в момент времени ), ускорение скачком уменьшается до нуля и наступает статический установившийся режим при значениях (рис. 2.17а).

  Допустим, что система нагружена активным моментом М_С, обусловленным, например, весом поднимаемого груза, и работает в установившемся режиме подъёма груза с постоянной скоростью при М= М_С (рис. 2.17б). Если в момент времени t=0 уменьшить момент двигателя до нуля, то под действием момента М_С привод станет замедляться, при этом Скорость в соответствии с уравнением изменяется по закону:

  Через время торможения , скорость двигателя становится равной нулю, но активный момент сохраняет своё значение и в соответствии с законом изменения скорости двигатель начнёт ускоряться в противоположном направлении, двигаясь под действием падающего груза с возрастающей по абсолютному значению скоростью. Так как скорость может увеличиться до опасных значений, то двигатели снабжаются механическим тормозом, который автоматически затормаживает привод после отключения от сети.

  В момент времени , когда достигается требуемое значение скорости , момент двигателя скачком увеличивается от 0 до М= М_С и наступает статический режим работы с (рис. 2.17б).

  Рассмотрим процесс реверса электропривода при реактивном моменте М_С от начальной скорости одного направления до конечной скорости противоположного знака (рис. 2.17в). В момент времени t=0 момент двигателя скачком изменяется от значения до значения и происходит замедление системы по закону:

  Время торможения определяется выражением:

  При значениях скорость двигателя под действием момента меняет свой знак, что вызывает изменение направления реактивной нагрузки М_С на противоположное (-М_С). Скачком уменьшается значение ускорения от значения, определяемого выражением до значения, определяемого выражением . При пуске в обратном направлении скорость изменяется следующим образом:

  Время пуска до скорости :

  Для перехода к статическому режиму при скорости момент двигателя должен скачком уменьшиться до значения (рис. 2.17 в).

  Таким образом, при постоянстве статического момента сопротивления закон изменения скорости привода в переходных процессах определяется характером изменения во времени момента двигателя. Для экспоненциального закона необходимо обеспечить экспоненциальную зависимость момента от времени; для получения равномерно ускоренного процесса пуска необходимо формировать прямоугольный закон изменения момента от времени и т.п.

  Механическая часть, представленная в виде жёсткого приведённого звена, отражает движение системы в среднем и не даёт точных представлений о характере движения упруго связанных масс электропривода. Поэтому рассмотрим на простейшем примере влияние упругих связей.

  Проанализируем переходный процесс пуска электропривода с механической частью в виде двухмассовой упругой системы (рис. 2.18) при и приложении к системе скачком электромагнитного момента двигателя :

  Дифференциальное уравнение движения системы, решенное относительно скорости двигателя , можно получить с помощью рассмотренной выше передаточной функции (2.26):

  Отсюда:

  Заменив оператор p на производную и приняв M(p)=M₁, получим:

где

  Корни характеристического уравнения были определены выше:

  Нулевой корень определяет частное решение, соответствующее равномерно ускоренному движению: (проверяется подстановкой в дифференциальное уравнение). Чисто мнимые корни определяют возможность развития незатухающих колебаний с частотой , поэтому общее решение следует искать в виде:

  Для нахождения коэффициентов и необходимо использовать начальные условия: при t=0,

  Подставив эти значения в общее решение, получим:

  Следовательно,

  В соответствии с уравнениями движения двухмассовой системы:

  Уравнение движения первой массы:

  Продифференцировав его по времени, запишем относительно скорости (М₁=const):

  Подставив полученные выше выражения для , получим:

  Характер полученных зависимостей ω₁(t) и ω₂(t) при γ<2 показан на рисунках 2.19а и 2.19б. При М=const переходные процессы протекают равномерно ускоренно, однако, мгновенные скорости ω₁ и ω₂ не совпадают, т.к. содержат колебательные составляющие, причём колебания ω₁ и ω 2 совершаются в противофазе. Из выражения для ω₂ следует, что производная скорости второй массы dω₂/dt всегда положительна,

а для принятого значения γ<2 и dω₁/dt>0.

  При прочих равных условиях колебания скорости ω₁ тем меньше, чем меньше J₂, а увеличение Ω₁₂ при тех же ускорениях ε_ср снижает амплитуды колебаний скорости обеих масс.

  В реальной системе всегда имеются диссипативные силы типа вязкого внутреннего трения, поэтому колебательная составляющая скоростей с течением времени затухает. Однако естественное затухание не велико ( ) и за время затухания совершается 10-30 колебаний (рис.2.19б, ). Даже при наибольших значениях естественное демпфирование незначительно сказывается на характере переходных процессов.