Betriebsarten elektrischer Antriebe in Drehzahl- und Drehmomentkoordinaten

Der Großteil der erzeugten elektrischen Energie wird mithilfe eines elektrischen Antriebs in mechanische Energie umgewandelt, um den Betrieb verschiedener Maschinen und Mechanismen sicherzustellen.

Eine der wichtigen Aufgaben des Elektroantriebs ist Bestimmung des notwendigen Gesetzes zur Änderung des Moments M des Motors unter einer bestimmten Last und der notwendigen Art der Bewegung, die durch das Gesetz zur Änderung der Beschleunigung oder Geschwindigkeit gegeben ist. Bei dieser Aufgabe geht es um die Synthese eines elektrischen Antriebssystems, das ein festgelegtes Bewegungsgesetz bereitstellt.

Im allgemeinen Fall können die Vorzeichen der Momente M (Motormoment) und Ms (Moment der Widerstandskräfte) unterschiedlich sein.

Beispielsweise arbeitet der Antrieb bei gleichen Vorzeichen M und Mc im Motorbetrieb mit zunehmender Geschwindigkeit w (Winkelbeschleunigung e > 0).Dabei erfolgt die Drehung des Antriebs in Angriffsrichtung des Drehmoments M des Motors, das in zwei möglichen Richtungen (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) wirken kann.

Eine dieser Richtungen, beispielsweise der Uhrzeigersinn, wird als positiv angenommen, und wenn sich der Antrieb in diese Richtung dreht, werden das Moment M und die Geschwindigkeit w als positiv betrachtet. Im Momenten- und Geschwindigkeitskoordinatensystem (M, w) wird eine solche Betriebsart im I-Quadranten angesiedelt sein.

Bereiche der Betriebsarten des Elektroantriebs in den Koordinaten der Geschwindigkeit w und des Moments M

Ändert sich bei stehendem Antrieb die Wirkungsrichtung des Drehmoments M, so wird dessen Vorzeichen negativ und der Wert e (Winkelbeschleunigung des Antriebs) < 0. In diesem Fall erhöht sich der Absolutwert der Geschwindigkeit w, ihr Vorzeichen ist jedoch negativ, d. h. der Antrieb beschleunigt im Motorbetrieb, wenn er sich gegen den Uhrzeigersinn dreht. Dieses Regime wird im III. Quadranten angesiedelt sein.

Die Richtung des statischen Moments Mc (oder seines Vorzeichens) hängt von der Art der auf den Arbeitskörper wirkenden Widerstandskräfte und der Drehrichtung ab.

Statisches Moment entsteht durch nützliche und schädliche Widerstandskräfte. Nützlich sind die Widerstandskräfte, die die Maschine überwinden soll. Ihre Größe und Art hängen von der Art des Produktionsprozesses und der Konstruktion der Maschine ab.

Schädliche Widerstandskräfte werden durch verschiedene Arten von Verlusten in Mechanismen während der Bewegung verursacht, und wenn sie überwunden werden, leistet die Maschine keine nützliche Arbeit.

Die Hauptursache für diese Verluste sind die Reibungskräfte in den Lagern, Zahnrädern usw., die immer eine Bewegung in jede Richtung behindern. Wenn sich also das Vorzeichen der Geschwindigkeit w ändert, ändert sich auch das Vorzeichen des statischen Moments Mc aufgrund der angegebenen Widerstandskräfte.

Solche statischen Momente nennt man reaktiv oder passiv, weil Onito die Bewegung immer behindert, aber unter ihrem Einfluss kann bei ausgeschaltetem Motor keine Bewegung stattfinden.

Statische Momente, die durch nützliche Widerstandskräfte erzeugt werden, können auch reaktiv sein, wenn der Betrieb der Maschine die Überwindung von Reibungs-, Schnitt- oder Zug-, Druck- und Torsionskräften unelastischer Körper erfordert.

Wenn jedoch der von der Maschine durchgeführte Produktionsprozess mit einer Änderung der potentiellen Energie der Elemente des Systems verbunden ist (Lastheben, elastische Verformungen durch Torsion, Kompression usw.), dann werden die statischen Momente durch nützliche Widerstandskräfte erzeugt werden genannt potenziell oder aktiv.

Ihre Wirkungsrichtung bleibt konstant und das Vorzeichen des statischen Moments Mc ändert sich nicht, wenn sich das Vorzeichen der Geschwindigkeit o ändert. In diesem Fall verhindert das statische Moment mit zunehmender potentieller Energie des Systems eine Bewegung (z. B. beim Heben einer Last), und wenn es abnimmt, fördert es die Bewegung (Senken einer Last), selbst wenn der Motor ausgeschaltet ist.

Wenn das elektromagnetische Moment M und die Geschwindigkeit o entgegengesetzt gerichtet sind, arbeitet die elektrische Maschine im Stoppmodus, der den Quadranten II und IV entspricht. Je nach Verhältnis der Absolutwerte von M und Mc kann die Drehzahl des Antriebs ansteigen, abnehmen oder konstant bleiben.

Der Zweck einer elektrischen Maschine, die als Antriebsmaschine verwendet wird, besteht darin, die Arbeitsmaschine mit mechanischer Energie zu versorgen, um Arbeit zu verrichten oder die Arbeitsmaschine anzuhalten (z. B. Wahlweise elektrischer Antrieb für Förderbänder).

Im ersten Fall wird die der elektrischen Maschine zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt und an der Welle der Maschine ein Drehmoment erzeugt, das für die Drehung des Antriebs und die Leistung der Nutzarbeit durch die Produktionseinheit sorgt.

Diese Betriebsart wird als Elektroantrieb bezeichnet Motor… Motordrehmoment und Drehzahl stimmen in der Richtung überein und die Motorwellenleistung P = Mw > 0.

Die Eigenschaften des Motors in dieser Betriebsart können im I- oder III-Quadranten liegen, wobei die Vorzeichen von Drehzahl und Drehmoment gleich sind und daher P > 0. Die Wahl des Vorzeichens der Drehzahl bei bekannter Drehrichtung von Der Motor (rechts oder links) kann beliebig sein.

Als positive Geschwindigkeitsrichtung wird üblicherweise die Drehrichtung des Antriebs verstanden, in der der Mechanismus die Hauptarbeit verrichtet (z. B. Heben einer Last mit einer Hebemaschine). Dann erfolgt der Betrieb des Elektroantriebs in der Gegenrichtung mit negativem Vorzeichen der Drehzahl.

Um die Maschine abzubremsen oder anzuhalten, kann der Motor vom Netz getrennt werden. In diesem Fall nimmt die Geschwindigkeit unter Einwirkung der Widerstandskräfte gegen die Bewegung ab.

Diese Betriebsart wird aufgerufen Bewegungsfreiheit… In diesem Fall ist das Drehmoment des Antriebs bei jeder Drehzahl Null, d. h. die mechanische Kennlinie des Motors stimmt mit der Ordinatenachse überein.

Um die Geschwindigkeit schneller zu reduzieren oder zu stoppen als beim freien Start und um eine konstante Geschwindigkeit des Mechanismus bei einem in Drehrichtung wirkenden Lastmoment aufrechtzuerhalten, muss die Richtung des Moments der elektrischen Maschine der Richtung von entgegengesetzt sein Geschwindigkeit.

Diese Betriebsart des Gerätes wird aufgerufen hemmend, während die elektrische Maschine im Generatorbetrieb arbeitet.

Antriebsleistung P = Mw <0, und die mechanische Energie der Arbeitsmaschine wird der Welle der Elektromaschine zugeführt und in elektrische Energie umgewandelt. Mechanische Eigenschaften im Generatorbetrieb finden sich in den Quadranten II und IV.

Das Verhalten des Elektroantriebs, wie aus der Bewegungsgleichung hervorgeht, bei gegebenen Parametern der mechanischen Elemente wird durch die Werte der Momente des Motors und der Belastung der Welle des Arbeitskörpers bestimmt.

Da am häufigsten das Drehzahländerungsgesetz eines Elektroantriebs während des Betriebs analysiert wird, ist es sinnvoll, für Elektroantriebe eine grafische Methode zu verwenden, bei der das Motordrehmoment und das Lastdrehmoment von der Drehzahl abhängen.

Zu diesem Zweck wird üblicherweise die mechanische Kennlinie des Motors verwendet, die die Abhängigkeit der Winkelgeschwindigkeit des Motors von seinem Drehmoment w = f (M) darstellt, und die mechanische Kennlinie des Mechanismus, die die Abhängigkeit des Motors festlegt Geschwindigkeit auf das reduzierte statische Moment, das durch die Belastung des Arbeitselements erzeugt wird w = f (Mc) …

Die angegebenen Abhängigkeiten für den stationären Betrieb des Elektroantriebs werden als statische mechanische Kenngrößen bezeichnet.

Statische mechanische Eigenschaften von Elektromotoren