Энергетический расчет
16.1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Анализ динамических свойств отдельных элементов СП проводился из условия неограниченных энергетических возможностей, т. e. линейности статических характеристик элементов во всем диапазоне регулирования. Ha самом деле возможности элементов ограничены. Например, двигатели обладают предельными скоростями и ускорениями. Если выбрать двигатель с малым запасом мощности, то в реальных условиях эксплуатации он не обеспечит отработку заданного закона движения, что приведет к увеличению погрешностей привода. Кроме того, завышение мощности двигателя уменьшает КПД привода, приводит к увеличению массогабаритных размеров привода и его стоимости. Поэтому выбор элементов с точки зрения энергетических возможностей важен для обеспечения работоспособности привода в целом.
Целью энергетического расчета является оценка потребности СП в энергии. А так как основным потребителем энергии является ИУ, то расчет привода начинают с выбора ИУ и связанных с ним функционально элементов, образующих силовую часть привода. Выбор силовой части влияет прежде всего на выбор источников питания, структурную схему привода и на его технико-экономические показатели.
B общем случае энергетический расчет включает следующие этапы:
анализ области применения, закона движения OP и характеристик возмущающих моментов;
определение требуемого момента и типа ИУ;
расчет мощности и выбор ИУ по требуемым максимальным значениям параметров движения и мощности, определение передаточного числа редуктора, выбор типа усилителя мощности;
сопоставление требуемых и располагаемых характеристик силовой части привода;
проверка правильности выбора ИУ по перегрузочной способности и тепловому режиму;
выбор типа источника питания;
выбор управляющего устройства.
Некоторые из перечисленных этапов энергетического расчета могут быть исключены заданием типа устройств, источников питания, характеристик нагрузки, а иногда и самого ИУ. При проверке пригодности ИУ ограничимся учетом только перегрузочной способности.
Перейдем к более подробному рассмотрению отдельных этапов энергетического расчета.
Закон движения выходного вала в общем случае зависит от функционального назначения OP и задается предельными значениями угловой скорости ?? и ускорения ?? нагрузки. Параметры эквивалентного гармонического сигнала согласно выражениям (11)—(13) могут быть определены как ?0 = ??/?р, ?0 = ?2Н/?? и ?р = ??/??.
Закон движения выходного вала и тип нагрузки определяют нагрузочные характеристики привода. Пренебрегая распределенным характером приложенной к разным точкам СП нагрузки, ее параметры приводят к валу ИУ и рассчитывают требуемый момент по формуле (63), а требуемую мощность — по формуле (62). Значение рассчитанной мощности ложится в основу выбора ИУ. При определении типа ИУ, в качестве которых могут быть электродвигатели, гидродвигатели и электромагнитные муфты, сопоставляют характеристики, преимущества и недостатки отдельных устройств и анализируют условия эксплуатации при учете специальных требований.
При выборе элементов силовой части электромашинного СП руководствуются стандартами на выпускаемые промышленностью электродвигатели и ЭМУ. При выборе гидравлических приводов на этапе энергетического расчета определяют не только требуемые расходы, перепады давлений, но и конструктивные параметры гидравлических устройств.
Следует отметить различие в исходных характеристиках, используемых при выборе и расчете исполнительных устройств: у электродвигателей базовыми являются механические характеристики, а у гидродвигателей — диаграммы нагрузки.
В первом случае стремятся обеспечить выполнение неравенства Ртр ? РНОМ, где Ртр — мощность, которая требуется на валу двигателя для управления OP; РНОМ — мощность, которой располагает двигатель. Bo втором случае необходимо обеспечить выполнение неравенства
где МТР, ?ТР — момент и скорость, которые требуется обеспечить; Мр — момент, которым располагает двигатель.
Так как левая часть выражения (320) описывает диаграмму нагрузки, а правая — механическую характеристику исполнительного устройства при максимальных значениях параметров, то для обеспечения нормальной работы привода располагаемая характеристика должна проходить выше диаграммы нагрузки или касаться ее в одной точке Мк, называемой критической.
Как видно из рис. 163, иллюстрирующего возможные случаи сопряжения диаграммы нагрузки и располагаемой характеристики, только две характеристики 2 и 3 обеспечивают движение по заданному закону, причем характеристика 3 с некоторым энергетическим запасом. Исполнительное устройство с характеристикой 1 обеспечить движение по заданному закону не может, так как на определенном участке характеристики располагаемые моменты этого устройства меньше требуемых моментов, обусловленных диаграммой нагрузки.
Рис. 163. K выбору исполнительных устройств
Выбор электродвигателя заключается в подборе по каталогу типа двигателя по рассчитанной мощности, быстроходности и напряжению питания. При определении рода тока ИД ориентировочно исходят из оценки требуемой мощности, заданного диапазона регулирования и наличия кратковременных перегрузок. При мощностях меньше 100 Вт предпочтение отдают надежным, малогабаритным и безынерционным двигателям переменного тока типа АДП, ДГ, ДИД, ЭМ. При больших мощностях выбирают двигатели постоянного тока типа МИ, ДИ, СП. При наличии больших кратковременных перегрузок и регулирования частоты вращения двигателя в широких пределах в СП малой мощности целесообразно применять двигатели постоянного тока. Двигатели серии МИГ, ПЯ, ДПР, отличающиеся малой инерционностью, плавностью работы и большим пусковым моментом, успешно конкурируют с асинхронными двигателями, несмотря на наличие коллектора и щеточного контакта.
При выборе двигателя иногда приходится принимать компромиссные решения, например по выбору частоты вращения, поскольку в каталогах при одной и той же мощности представлены двигатели с разными частотами вращения. Для обеспечения конструктивных требований целесообразно использовать более быстроходные двигатели, имеющие значительно меньшие массу и размеры и обеспечивающие более компактную конструкцию механизма, несмотря на увеличение передаточного числа редуктора. С точки зрения выполнения условия по механической перегрузке (МТР/М???<2) следует выбрать двигатель с меньшей частотой вращения, но обладающий большим номинальным моментом.
Примером могут служить двигатели МИ-12 (nном= 3000 мин -1; М??? = 0,65 H·м) и МИ-21 (nном = 2000 мин -1; М??? = 0,97 Н·м), обеспечивающие одинаковую мощность Рном = 0.2 кВт. В этом случае надо определить, какое требование важнее.
При выборе напряжения питания исходят из условий эксплуатации, оговоренных в T3 на проектирование. Как правило, используют постоянный ток напряжением 26...27 B или переменный ток напряжением 115/220 B частотой 400 Гц и 40 B частотой 1000 Гц.
Правильность выбора электродвигателя проверяют в соответствии с методикой, изложенной в п. 5 гл. 3. Выбор передаточного числа редуктора зависит от передаваемого усилия и типа ИД. Для двигателей постоянного тока, момент инерции которых превышает приведенный к оси ИД момент инерции нагрузки, в соответствии с (64) определяют оптимальное передаточное число редуктора, обеспечивающее наилучшую передачу мощности:
Заметим, что числитель подкоренного выражения характеризует нагрузку, знаменатель — момент, создаваемый двигателем. B приборных СП, работающих при незначительных перегрузках, передаточное число выбирают в первом приближении таким, чтобы двигатель имел номинальную скорость при максимальной скорости нагрузки: i = ????/??.
Тип и мощность выбранного ИД предопределяет выбор типа усилителя мощности: транзисторного в линейном или ключевом режиме, тиристорного, генераторного или электромашинного. Для двигателей серии МИ, СЛ, ДПМ, выдерживающих значительные перегрузки по моменту и скорости, используют ЭМУ, который выбирают из условия обеспечения номинального напряжения и номинального тока двигателя по методике, изложенной в гл. 8.
Назад | Содержание
| Вперед
