Механическая часть электромеханической системы. Нагрев и охлаждение электродвигателей. Шаговый двигатель как элемент электромеханической системы, страница 3

 Активными называются силы и моменты, создаваемые внешними по отношению к двигателю источниками механической энергией независимо от направления движения электропривода. Такими силами и моментами являются силы земного притяжения, энергия воды, ветра, упругие силы. Примером механизма, в котором проявляется действие активных сил и моментов может служить механизм вертикального перемещения ножа в одноножевых резальных машинах, перемещение стапеля в самонакладах листовых печатных машин.

Реактивными называются силы и моменты сопротивления движению, возникших как реакция на активный движущий момент, развиваемым двигателям, либо любой другой активный движущий момент, например, обусловленный силой тяжести или силой инерции. Реактивные силы и моменты меняют свое направление при изменении знака скорости и зависят от его значения.

Реактивные силы и моменты всегда оказывают тормозящее воздействие на электропривод и зависят от скорости. В общем виде эта зависимость описывается следующим выражением                                     , где М₀ – момент холостого хода, М_ном – номинальный момент, ω  –  текущее значение скорости, ω_ном – номинальное значение скорости, n – показатель степени, который практически равен от – 1 до 2, включая и дробные значения, sign ω – знак угловой скорости, т. е. направление вращения (движения).

Реактивные силы и моменты скомпонованы в четыре группы:

силы и моменты сухого трения. Они не зависят от скорости и по модулю постоянны, n=0, М_ст=М_ст.ном. При изменении знака скорости скачком изменяет  и свой знак. В начале своего движения характеристика ω_ст=f(M_ст)  имеет определенные отклонения, поскольку сила трения покоя больше коэффициента трения при движении в области малых скоростей, рис. 13. Производственный пример – ленточный, цепной  конвейеры.

силы и моменты резания.  Они представляет собой реактивные силы и моменты статического сопротивления, возникающие при механической обработке материалов, здесь n=0, М_ст=М_ст.ном. Например, обработка резцом формного цилиндра. При изменении знака скорости этот момент скачком изменяет свое значение до нуля, рис. 14.

сила вязкого трения. Из механизмов с вязким трением встречаются механизмы с вязким трением первого рода, n =1, рис. 15, а и механизмы с вязким трением второго рода, 1<n<2, рис. 15,б.

силы и моменты вентиляторного типа. Они присущи механизмам, где момент полезной нагрузки зависит от скорости в более высокой степени, n ≥2. Такой механической характеристикой обладают вентиляторы, компрессоры, центробежные насосы, рис. 16.

Рис. 13                                                       Рис. 14

а)тестомешалки                         б)экструдер

Рис. 15

Вырабатываемая механическая энергия передается через кинематические передачи, которые имеют различное построение. Они могут быть в виде зубчатых передач– η₁, клиноременных– η₂, червячных –η₃  и т.п.– η_n . Поэтому для учета потерь механической энергии в кинематических передачах необходимо учитывать КПД отдельных видов передач, значение которых дает

 справочник, и тогда общий КПД кинематики:   η_общ = η₁· η₂ ·… · η_n .

Констатация конкретных параметров кинематики позволяет выполнить процедуру приведения моментов статического сопротивления механизма к валу двигателя.

При прямом потоке механической энергии (двигательный режим):

для вращающихся механизмов –, для поступательно движущихся механизмов –.

При обратном потоке механической энергии (тормозной режим):

для вращающихся механизмов –, для поступательно движущихся механизмов –  .

Передача потока механической энергии через передаточное устройство электропривода (через кинематику) сопровождается механическими потерями в нем. Эти потери мощности, момента имеют постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая определяется конфигурацией кинематической цепи, качеством смазочных материалов и т. п. Переменная составляющая определяется значением потока механической энергии, передающегося для совершения полезной работы, которая, в общем, является переменной величиной. Математически это можно выразить так  , где а – коэффициент  постоянных потерь, в – коэффициент переменных потерь, М_ст.ном – номинальный статический момент передачи, М_перед– передаваемый момент, который равен моменту на выходном валу по направлению передачи механической энергии. Потери мощности в кинематике определяются так Δр=ΔМ . ω. Энергетическая эффективность кинематики оценивается КПД. Значение этого КПД определяется конструктивными особенностями, конструкционными материалами и использованием смазочных материалов. Примерные значения КПД – это η= 0,75…0,96, причем эти значения соответствуют коэффициенту загрузки кинематики равному К_загр= М_ст/ М_ст.ном =1. В случае передачи через кинематику не номинального момента меняется коэффициент загрузки и соответственно значение КПД кинематики.