Силы и моменты, действующие в электрическом приводе

В механическом движении электропривода участвуют вращающаяся часть электрического двигателя (якорь или ротор), элементы механической передачи, которая может быть ременная, зубчатая или червячная и рабочий орган производственного механизма, который может совершать вращательное или поступательное движение.

Процесс движения электрического привода описывается уравнением равновесия сил или равновесия моментов:

ΣF = m(dv/dt)+v(dm/dt)

ΣM = J(dω/dt)+ω(dJ/dt)

ΣF – это совокупность статических сил, действующих в электроприводе при поступательном движении.
m – масса всех элементов электропривода, совершающих поступательное движение.
v – линейная скорость поступательно движущихся масс электрического привода.
ΣM – это совокупность статических моментов всех частей электрического привода, совершающих вращательное движение.
J – момент инерции всех частей электрического привода, совершающих вращательное движение.
ω – угловая скорость вращения всех элементов электропривода, совершающих вращательное движение.

Как видно из этих уравнений, это дифференциальные уравнения, которые содержат производные от линейной и угловой скорости, а также от массы и момента инерции.

ΣF = m(dv/dt) = ma

ΣM = J(dω/dt) = JE

a = dv/dt – ускорение поступательного движения.

E – ускорение при вращательном движении.

Электрический привод может работать в динамическом и статическом режимах. В динамическом режиме скорость вращения двигателя изменяется во времени. В статическом режиме v=const, ω=const. В статическом режиме динамические моменты будут равны нулю:

ΣF = 0 = F – F_сопр

ΣM = 0 = M – M_с

F – движущая сила электропривода.
F_сопр – сила статического сопротивления.
M – движущийся момент, создаваемый электрическим двигателем.
M_с – момент сопротивления, создаваемый электрическим приводом совместно с производственным механизмом.

Статические характеристики электропривода определяют характер движения рабочего органа производственного механизма и связан с технологическим процессом, выполняемым данным производственным механизмом.

Динамические моменты действуют только в переходных режимах, когда происходят изменения скорости вращения – это режимы ускорения электропривода, замедления, регулирования скорости и реверсирования.

Для динамического режима можно записать:

M – M_с = J(dω/dt) – основное уравнение движения электропривода.

Для того чтобы выбрать электродвигатель для электропривода необходимо не только рассчитать его мощность с учетом изменения нагрузки на валу двигателя со стороны производственного механизма, но и согласовать механические характеристики электропривода производственного механизма и электродвигателя.