Modes de fonctionnement des entraînements électriques en coordonnées de vitesse et de couple

La majeure partie de l'énergie électrique générée est convertie en énergie mécanique à l'aide d'un entraînement électrique pour assurer le fonctionnement de diverses machines et mécanismes.

L'une des tâches importantes de l'entraînement électrique est détermination de la loi de variation nécessaire du moment M du moteur sous une certaine charge et de la nature nécessaire du mouvement donné par la loi de variation de l'accélération ou de la vitesse. Cette tâche se résume à la synthèse d'un système d'entraînement électrique qui fournit une loi de mouvement fixe.

Dans le cas général, les signes des moments M (couple moteur) et Ms (moment des forces résistantes) peuvent être différents.

Par exemple, avec les mêmes signes M et Mc, le variateur fonctionne en mode moteur avec une vitesse croissante w (accélération angulaire e > 0).Dans ce cas, la rotation du variateur s'effectue dans le sens d'application du couple M du moteur, qui peut agir dans l'un ou l'autre des deux sens possibles (sens horaire ou anti-horaire).

L'un de ces sens, par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre, est considéré comme positif, et lorsque le variateur tourne dans ce sens, le moment M et la vitesse w sont considérés comme positifs. Dans le système de coordonnées de moment et de vitesse (M, w), un tel mode de fonctionnement sera situé dans le quadrant I.

Régions des modes de fonctionnement de l'entraînement électrique dans les coordonnées de la vitesse w et du moment M

Si, avec un entraînement à l'arrêt, le sens d'action du couple M change, alors son signe deviendra négatif, et la valeur e (accélération angulaire de l'entraînement)<0. Dans ce cas, la valeur absolue de la vitesse w augmente, mais son signe est négatif, c'est-à-dire que le variateur accélère en mode moteur lorsqu'il tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ce régime sera situé dans le quadrant III.

La direction du moment statique Mc (ou son signe) dépend du type de forces de résistance agissant sur le corps travaillant et du sens de rotation.

Le moment statique est créé par des forces de résistance bénéfiques et nuisibles. Les forces de résistance que la machine est conçue pour surmonter sont utiles. Leur taille et leur nature dépendent du type de processus de production et de la conception de la machine.

Les forces de résistance nuisibles sont causées par divers types de pertes se produisant dans les mécanismes pendant le mouvement, et lorsqu'elles sont surmontées, la machine n'effectue aucun travail utile.

La principale cause de ces pertes est les forces de frottement dans les roulements, les engrenages, etc., qui empêchent toujours le mouvement dans toutes les directions. Par conséquent, lorsque le signe de la vitesse w change, le signe du moment statique Mc, en raison des forces de résistance indiquées, change.

De tels moments statiques sont appelés réactif ou passif, car Onito entrave toujours le mouvement, mais sous leur influence, lorsque le moteur est éteint, le mouvement ne peut pas se produire.

Les moments statiques créés par les forces de résistance utiles peuvent également être réactifs si le fonctionnement de la machine implique de vaincre les forces de frottement, de coupe ou de traction, de compression et de torsion de corps inélastiques.

Cependant, si le processus de production effectué par la machine est associé à une modification de l'énergie potentielle des éléments du système (levage de charge, déformations élastiques de torsion, compression, etc.), alors les moments statiques créés par les forces de résistance utiles sont appelés potentiel ou actif.

Leur direction d'action reste constante et le signe du moment statique Mc ne change pas lorsque le signe de la vitesse o change. Dans ce cas, à mesure que l'énergie potentielle du système augmente, le moment statique empêche le mouvement (par exemple, lors du levage d'une charge), et lorsqu'il diminue, il favorise le mouvement (abaissement d'une charge) même lorsque le moteur est éteint.

Si le moment électromagnétique M et la vitesse o sont dirigés en sens inverse, alors la machine électrique fonctionne à l'arrêt, ce qui correspond aux quadrants II et IV. Selon le rapport des valeurs absolues de M et Mc, la vitesse de rotation de l'entraînement peut augmenter, diminuer ou rester constante.

Le but d'une machine électrique utilisée comme force motrice est de fournir de l'énergie mécanique à la machine de travail pour effectuer un travail ou pour arrêter la machine de travail (par exemple, Choix d'entraînement électrique pour convoyeurs).

Dans le premier cas, l'énergie électrique fournie à la machine électrique est convertie en énergie mécanique, et un couple est généré sur l'arbre de la machine, qui assure la rotation de l'entraînement et l'exécution du travail utile par l'unité de production.

Ce mode de fonctionnement de la propulsion électrique est appelé moteur… Le couple moteur et la vitesse correspondent dans le sens, et la puissance de l'arbre moteur P = Mw > 0.

Les caractéristiques du moteur dans ce mode de fonctionnement peuvent être en quadrant I ou III, où les signes de la vitesse et du couple sont identiques et donc P > 0. Le choix du signe de la vitesse avec un sens de rotation connu de le moteur (droit ou gauche) peut être arbitraire.

Habituellement, le sens positif de la vitesse est considéré comme le sens de rotation de l'entraînement dans lequel le mécanisme effectue le travail principal (par exemple, soulever une charge avec un engin de levage). Ensuite, le fonctionnement de l'entraînement électrique dans le sens opposé se produit avec un signe négatif de la vitesse.

Pour ralentir ou arrêter la machine, le moteur peut être débranché du secteur. Dans ce cas, la vitesse diminue sous l'action des forces de résistance au mouvement.

Ce mode de fonctionnement est appelé mouvement libre… Dans ce cas, à n'importe quelle vitesse, le couple du variateur est nul, c'est-à-dire que la caractéristique mécanique du moteur coïncide avec l'axe des ordonnées.

Pour réduire ou arrêter la vitesse plus rapidement qu'en décollage libre, et pour maintenir une vitesse constante du mécanisme avec un couple résistant agissant dans le sens de rotation, le sens du moment de la machine électrique doit être opposé au sens de vitesse.

Ce mode de fonctionnement de l'appareil est appelé inhibiteur, alors que la machine électrique fonctionne en mode générateur.

Puissance d'entraînement P = Mw <0, et l'énergie mécanique de la machine de travail est acheminée vers l'arbre de la machine électrique et convertie en énergie électrique. Les caractéristiques mécaniques en mode générateur se trouvent dans les quadrants II et IV.

Le comportement de l'entraînement électrique, comme il ressort de l'équation du mouvement, avec les paramètres donnés des éléments mécaniques, est déterminé par les valeurs des moments du moteur et la charge sur l'arbre du corps de travail.

Étant donné que la loi de changement de vitesse d'un entraînement électrique pendant le fonctionnement est le plus souvent analysée, il est commode d'utiliser une méthode graphique pour les entraînements électriques dans lesquels le couple moteur et le couple de charge dépendent de la vitesse.

A cet effet, on utilise généralement la caractéristique mécanique du moteur, qui représente la dépendance de la vitesse angulaire du moteur à son couple w = f (M), et la caractéristique mécanique du mécanisme, qui établit la dépendance du moteur vitesse sur le moment statique réduit créé par la charge de l'élément de travail w = f (Mc) …

Les dépendances spécifiées pour le fonctionnement en régime permanent de l'entraînement électrique sont appelées caractéristiques mécaniques statiques.

Caractéristiques mécaniques statiques des moteurs électriques