Modalità di funzionamento degli azionamenti elettrici in coordinate di velocità e coppia

La maggior parte dell'energia elettrica generata viene convertita in energia meccanica utilizzando un azionamento elettrico per garantire il funzionamento di varie macchine e meccanismi.

Uno dei compiti importanti è l'azionamento elettrico determinazione della necessaria legge di variazione del momento M del motore sotto un certo carico e della natura necessaria del moto data dalla legge di variazione dell'accelerazione o della velocità. Questo compito si riduce alla sintesi di un sistema di azionamento elettrico che fornisce una determinata legge di moto.

Nel caso generale, i segni dei momenti M (coppia del motore) e Ms (momento delle forze di resistenza) possono essere diversi.

Ad esempio, con gli stessi segni M e Mc, l'azionamento funziona in modalità motore con velocità crescente w (accelerazione angolare e> 0).In questo caso la rotazione dell'azionamento avviene nel senso di applicazione della coppia M del motore, che può agire in uno dei due possibili sensi (orario o antiorario).

Una di queste direzioni, ad esempio in senso orario, è presa come positiva, e quando l'azionamento ruota in quella direzione, il momento M e la velocità w sono considerati positivi. Nel sistema di coordinate di momento e velocità (M, w), tale modalità di funzionamento si troverà nel quadrante I.

Regioni delle modalità operative dell'azionamento elettrico nelle coordinate della velocità w e del momento M

Se, con azionamento fermo, la direzione di azione della coppia M cambia, allora il suo segno diventa negativo e il valore e (accelerazione angolare dell'azionamento)<0. In questo caso il valore assoluto della velocità w aumenta, ma il suo segno è negativo, cioè l'azionamento accelera in modalità motore quando ruota in senso antiorario. Tale regime sarà collocato nel III quadrante.

La direzione del momento statico Mc (o il suo segno) dipende dal tipo di forze di resistenza che agiscono sul corpo di lavoro e dal senso di rotazione.

Il momento statico è creato da forze di resistenza benefiche e dannose. Le forze di resistenza che la macchina è progettata per superare sono utili. La loro dimensione e natura dipendono dal tipo di processo produttivo e dal design della macchina.

Le forze di resistenza dannose sono causate da vari tipi di perdite che si verificano nei meccanismi durante il movimento e, una volta superate, la macchina non svolge alcun lavoro utile.

La causa principale di queste perdite sono le forze di attrito nei cuscinetti, negli ingranaggi, ecc., che impediscono sempre il movimento in qualsiasi direzione. Pertanto, quando cambia il segno della velocità w, cambia anche il segno del momento statico Mc, dovuto alle forze di resistenza indicate.

Tali momenti statici sono chiamati reattivo o passivo, perché Onito ostacola sempre il movimento, ma sotto la loro influenza, quando il motore è spento, il movimento non può avvenire.

I momenti statici creati da forze resistenti utili possono essere anche reattivi se il funzionamento della macchina comporta il superamento delle forze di attrito, taglio o trazione, compressione e torsione di corpi anelastici.

Tuttavia, se il processo produttivo svolto dalla macchina è associato a una variazione dell'energia potenziale degli elementi del sistema (sollevamento del carico, deformazioni elastiche di torsione, compressione, ecc.), allora i momenti statici creati dalle forze di resistenza utili sono chiamati potenziale o attivo.

La loro direzione d'azione rimane costante e il segno del momento statico Mc non cambia al variare del segno della velocità o. In questo caso, all'aumentare dell'energia potenziale del sistema, il momento statico impedisce il movimento (ad esempio durante il sollevamento di un carico) e quando diminuisce favorisce il movimento (abbassamento di un carico) anche a motore spento.

Se il momento elettromagnetico M e la velocità o sono diretti in modo opposto, la macchina elettrica funziona in modalità di arresto, che corrisponde ai quadranti II e IV. A seconda del rapporto tra i valori assoluti di M e Mc, la velocità di rotazione dell'azionamento può aumentare, diminuire o rimanere costante.

Lo scopo di una macchina elettrica utilizzata come motore primo è quello di fornire alla macchina operatrice energia meccanica per eseguire un lavoro o arrestare la macchina operatrice (ad esempio, Scelta dell'azionamento elettrico per i nastri trasportatori).

Nel primo caso, l'energia elettrica fornita alla macchina elettrica viene convertita in energia meccanica, e viene generata una coppia sull'albero della macchina, che assicura la rotazione dell'azionamento e lo svolgimento del lavoro utile da parte dell'unità produttiva.

Questa modalità di funzionamento dell'azionamento elettrico è chiamata il motore… La coppia e la velocità del motore coincidono nella direzione e la potenza dell'albero motore P = Mw > 0.

Le caratteristiche del motore in questa modalità di funzionamento possono essere nel I o III quadrante, dove i segni della velocità e della coppia sono uguali e quindi P>0. La scelta del segno della velocità con senso di rotazione noto di il motore (destro o sinistro) può essere arbitrario.

Di solito, la direzione positiva della velocità è considerata la direzione di rotazione dell'azionamento in cui il meccanismo esegue il lavoro principale (ad esempio, il sollevamento di un carico con una macchina di sollevamento). Quindi il funzionamento dell'azionamento elettrico nella direzione opposta avviene con un segno negativo della velocità.

Per rallentare o arrestare la macchina è possibile scollegare il motore dalla rete elettrica. In questo caso la velocità diminuisce sotto l'azione delle forze di resistenza al movimento.

Questa modalità di funzionamento è chiamata movimento Libero… In questo caso, a qualsiasi velocità, la coppia dell'azionamento è nulla, cioè la caratteristica meccanica del motore coincide con l'asse delle ordinate.

Per ridurre o arrestare la velocità più rapidamente rispetto al decollo libero e per mantenere una velocità costante del meccanismo con una coppia di carico agente nel senso di rotazione, la direzione del momento della macchina elettrica deve essere opposta alla direzione di velocità.

Questa modalità di funzionamento del dispositivo è chiamata inibitorio, mentre la macchina elettrica funziona in modalità generatore.

Potenza motrice P = Mw <0, e l'energia meccanica dalla macchina funzionante viene alimentata all'albero della macchina elettrica e convertita in energia elettrica. Le caratteristiche meccaniche in modalità generatore si trovano nei quadranti II e IV.

Il comportamento dell'azionamento elettrico, come risulta dall'equazione del moto, con i parametri dati degli elementi meccanici è determinato dai valori dei momenti del motore e dal carico sull'albero del corpo di lavoro.

Poiché la legge di variazione della velocità di un azionamento elettrico durante il funzionamento viene spesso analizzata, è conveniente utilizzare un metodo grafico per azionamenti elettrici in cui la coppia del motore e la coppia di carico dipendono dalla velocità.

A tale scopo si utilizza solitamente la caratteristica meccanica del motore, che rappresenta la dipendenza della velocità angolare del motore dalla sua coppia w = f (M), e la caratteristica meccanica del meccanismo, che stabilisce la dipendenza del motore velocità sul momento statico ridotto creato dal carico dell'elemento di lavoro w = f (Mc) …

Le dipendenze specificate per il funzionamento stazionario dell'azionamento elettrico sono chiamate caratteristiche meccaniche statiche.

Caratteristiche statiche meccaniche dei motori elettrici