Переходные процессы и методы их анализа

Переходные процессы и методы их анализа

Электропривод представляет собой сложную динамическую систему. Ее состояние в каждый момент времени определяется текущими значениями координатами электропривода и внешними возмущающими воздействиями. В электромеханической системе имеются механические переменные (перемещение масс, скорости, ускорения, силы и моменты и  т. п.) и электрические переменные (токи в обмотках, потокосцепления, их производные и  т. п.). В процессе работы двигатель нагревается, поэтому к числу переменных, характеризующих состояние электропривода, следует отнести и его температуру. К внешним воздействиям относят приложенные к обмоткам двигателям напряжения, а также внешние силы и моменты. Таким образом, электромеханическая система обладает механической, электромагнитной и тепловой инерцией, поэтому при своем изменении внешние воздействия переводят систему из одного состояния в другое за определенное время. Этот процесс  называется переходным. В зависимости от вида инерции имеют место механические, электромагнитные или тепловые переходные процессы. Механические переходные процессы были рассмотрены ранее.  Процессы, возникающие в электромеханической системе, называются электромеханическими переходными процессами. Переход электромеханической системы от одного состояния к другому совершается по различным траекториям. Из их многообразия при управлении  электроприводом следует стремиться к таким, которые обеспечат максимальное быстродействие, минимум потерь энергии и динамических нагрузок, оптимальные значения других показателей. Рассмотрим некоторые общие требования к характеру переходных процессов.

Наиболее часто технологическое оборудование требует обеспечения изменения скорости от ω_нач до ω_кон за минимальное время при наложенном ограничении на максимально допустимый момент двигателя М_дв. Такие процессы называются оптимальными по быстродействию при ограничении момента. Пример таких процессов приведен на рис.    .

Если нагрузка механизма зависит от скорости, то в соответствии с уравнением движения ускорение электропривода составит

, и оно не является постоянным. В частности при реактивном моменте нагрузки скорость должна при реверсе изменяться в процессе торможения и последующего разгона с различным ускорением.

Ряд производственных механизмов требует соблюдения в переходных процессах ограничения ускорения на допустимых значениях ε ≤ ε_доп даже при различных нагрузках М_ст. Такие переходные процессы называются оптимальными по быстродействию при ограничении ускорения. Пример переходных процессов пуска при высказанных условиях и, если нагрузка меняется от М_ст.мин  до  М_{ст.макс}, показан на рис.      .

Рис.

Здесь зависимость ω(t) должна оставаться неизменной при разных нагрузках, а момент двигатель при  М_ст.мин  и  М_{ст.макс} в соответствии с уравнением движения             является различным (кривые 1 и 2).

Рис.

В ряде случаев при пуске и торможении момент электропривода не реагирует на изменение нагрузки. Тогда для ограничения ускорения допустимый пусковой момент выбирается из условия   . Здесь показано, что при минимальной загрузке механизма суммарный приведенный момент инерции электропривода также уменьшается. Если по высказанному условию выбирается пусковой момент, и он остается неизменным при различных нагрузках, то ускорение электропривода при возрастании нагрузки уменьшается и при М_ст = М_{ст.макс}, принимает такое значение

, где J_Σ.макс – суммарный приведенный момент инерции электропривода при максимальной загрузке механизма. По мере возрастания нагрузки при ε_мин < ε_доп время пуска увеличивается. Переходные процессы пуска при ограниченном ускорении для М_ст = М_{ст.макс} (кривые 1 и 2) и для  М_ст = М_ст.мин (кривые 3 и 4) приведены на рис.   .

Рис.

Если по условиям технологического процесса такие изменения ускорения и времени пуска недопустимы, то следует воспользоваться способом управления, обеспечивающим ε = ε_доп =const.