Механическая часть электромеханической системы. Нагрев и охлаждение электродвигателей. Шаговый двигатель как элемент электромеханической системы, страница 4

Основным выводом из вышеизложенного является обязательная необходимость учета соответствующего значения КПД, выполняя процедуру приведения моментов и сил при составлении расчетной схемы электропривода.

Динамические нагрузки

Поскольку дифференциальное уравнение движения имеет члены, которые в принципе могут зависеть от скорости, то его можно записать в операторном виде так

, где р=d/dt – оператор дифференцирования. Этому уравнению соответствует схема, рис. 18.

Таким образом, электропривод, представленный одномассовой системой, изображается согласно теории автоматического управления динамическим звеном первого порядка. С помощью структурной схемы проведем оценку динамических режимов работы электропривода. Под динамическими режимами, под переходными процессами понимают пуск двигателя, его разгон из состояния покоя до установившейся скорости, торможение от некоторой установившейся скорости до состояния покоя или другой скорости, переход от одной скорости к другой в любом направлении, реверсирование (изменение направления вращения, изменение направления движения). При  знак динамического момента дает следующие режимы работы электропривода:

М_дин > 0, тогда dω/dt > 0. Здесь знак динамического момента, который является алгебраической величиной, совпадает со знаком скорости, это соответствует ускорению электропривода (разгону, увеличению скорости). Динамический момент в этом случае является тормозным. Электродвигатель преодолевает этот момент, совершая работу по увеличению запаса кинетической энергии системы.

М_дин < 0, тогда dω/dt < 0. Это соответствует замедлению электропривода (торможению, уменьшению скорости). Динамический момент в этом случае является движущим. Кинетическая энергия, освобождающаяся при снижении скорости, расходуется на совершение работы по преодолению результирующего  момента М_дв–М_ст, который является тормозным.

М_дин = 0, тогда dω/dt = 0. Этот режим соответствует установившемуся режиму работы электропривода (ω > 0) или покою (ω=0).

Таким образом, потоки механической энергии через кинематику даже при неизменной полезной нагрузке в зависимости от условий движения могут быть разными. Нагрузки в кинематике при переходных процессах могут существенно увеличиваться, что вызывает соответствующее увеличение потерь на трение в ней. Сильное влияние динамических нагрузок проявляется в механизмах с большими значениями приведенных моментов инерции механизма, что весьма характерно для многих групп полиграф. оборудования. Учет динамических нагрузок целесообразен, когда приведенный момент инерции механизма соизмерим с моментом инерции приводного двигателя. Динамические нагрузки определяют физический износ механического оборудования, что влияет на его надежность и долговечность.

Наибольший возможный статический и требуемый (определенный конкретным ускорением механизма) динамический моменты определяют максимум полной нагрузки электропривода, а, следовательно, наибольшее значение электромагнитного момента двигателя, которое он должен создать в процессе своей работы. Этот максимум полной нагрузки определяет кратковременные перегрузки двигателя (динамические нагрузки), которые не должны превышать допустимой перегрузочной способности двигателя по моменту λ_М= М_макс/М_ном, определенной его конструкцией.    

Нагрев и охлаждение электродвигателей

Тепловые потери, выделяющиеся при электромеханическом преобразовании электрической энергии в электродвигателе, нагревают его. С точки зрения нагрева электрическая машина представляется сложным объектом, поскольку конструктивно она содержит элементы, выполненные из материалов, имеющих существенно отличающуюся друг от друга теплопроводность и теплоемкость. Сравнительно хорошо проводят теплоту  такие материалы как медь и алюминий (обмотки). Хуже передача теплоты у сталей (магнитопроводы, станины), плохо проводят теплоту изоляционные материалы.

Тепловая модель электродвигателя используется как при его проектировании, так и при выборе его по мощности и проверке его по тепловому режиму. При проектировании электродвигателей применяют тепловую модель, учитывающую как можно больше особенностей теплопередачи через различные его элементы. На практике для предварительного выбора электродвигателя создана модель, учитывающая следующие допущения, не искажающие в целом физическую картину процесса нагрева: