Základy mechaniky a kinematiky el. pohonů (prezentace v pdf)

Obecná struktura regulovaného el. pohonuZdroj elektrické energie(napájecí síť)Regu-látorspínacízařízeníakčníčlenjistícízařízeníel. motormechanický.převodPracovnímechanismusT E C H N O L O G I EMěřící zařízení (čidla, snímače, převodníky)Měřící Signalizační zařízení (čidla, a regulační snímače, zařízenípřevodníky)Tok el.energieTok mech. energieTok signáluTERMINOLOGIE

1. Rozběh a urychlení pohonulze definovat jako přechod EPz klidu na jmenovitou, popř. jinoustanovenou rychlost.2. Jízda (pohyb) ustálenourychlostíje pohybový stav vyznačující sekonstantní rychlostí bez změny energie.

3. Brzděníje aktivní snížení rychlosti pohonu.4. Zastavení pohonuje přechod pohonu z pracovní rychlostido klidu s tzv. dobou zastavení.

5. Doběh pohonuje zastavení pohonu bezbrzdění motorem.6. Rozsah řízení rychlostije rozsah mezi nejmenší a největší provoznírychlostí, popř. jako poměr nejnižší rychlostik nejvyšší.7. Reverzace rychlostije změna smyslu (směru) otáčenípohonu.

EP se během svého provozu může nacházet vedvou pracovních stavech:Pohánění – tok mechanické energie je odmotoru k pracovnímu mechanismuMPMBrzdění - tok mechanické energie je odpracovního mechanismu k motoruDOHODY

Výkonový tok v EP považujeme za kladný, prochází-li elektrickývýkon P el ze zdroje elektrické energie (např. energetická síť,baterie, individuální napájecí zdroj) do motoru a mechanický výkonmotoru P mec z jeho hřídele do pracovního mechanizmu buď přímonebo přes převodový mechanismus.Mechanický výkon motoru P mec považujemeza kladný (motor), je-li směr působení momentu motoru shodnýse směrem (smyslem) otáčení jeho rotoru.Mechanický výkon motoru považujeme za záporný (brzda),působí-li moment motoru proti směru (smyslu) otáčení jeho rotoru.Moment pracovního mechanizmu M PM , tj. moment zátěžeje kladný (záporný), působí-li proti kladnému (zápornému)momentu motoru.Pracovní stavy motoru nebo zátěže je vhodné popisovat momentem Ma úhlovou rychlostí otáčení Ω (nebo otáčkami n ), včetně jejich grafického znázorněnív rovině ΩM (nM ) rozdělené osami momentu M a rychlosti Ω (n)na čtyři kvadranty I., II., III., IV.,II. kvadrantBRZDNÝ+ΩI. kvadrantMOTORICKÝ>Ω 0, MP = M ⋅ Ω 0,PΩ= M ⋅ >el0− M+MΩ < 0, M < 0,P = M ⋅ Ω 0el>III. kvadrantMOTORICKÝ−ΩΩ < 0, M > 0,P= M ⋅ Ω

Momentová rovnováha a stabilita EP Momentová rovnováha u elektrického pohonu nastane tehdy pokudmoment poháněcího motoru je shodný s momentem poháněnéhomechanizmu, to znamená, že pohon běží ustálenou, tj. konstantní rychlostí.Platí tedy:Ω, ( n)= konst., W KIN = konst.MMOT= M PM,,a = 0,= 0Dynamický (akcelerační) , moment Ma je v tomto případě nulový.εM , V přechodných dějích, tj. během rozběhu, resp. brzdění pohonu jemomentová rovnováha porušena, dynamický moment je buď kladný (pohonje rozbíhán a urychlován) a nebo záporný (pohon je brzděn).Platí tedy:,MMOT≠ M PM, ,(n)= var.,ε ≠Ω W KIN = var.M ≠ 0 0aRovnice momentové rovnováhy EP,dynamický moment, úhlové zrychlenísoustavy EPMMOT−MPM=Ma=J⋅ε=J⋅dΩdt

Kategorie momentovýchcharakteristikpracovních mechanismůObecné vyjádření zátěžného statického momentu– momentu pracovního mechanismu,tj. momentových charakteristik PMMPM=MS=M0+( MSN−M0)⎛⋅⎜⎝ΩΩN⎞⎟⎠xsgnΩMSx( M - M ) ⋅νsgn⎤⎥ ⎦=⎡M +Ω0 SN0⎢⎣

ν =ΩΩ N1,61,41,21,00,8Momentové charakteristiky M =f (Ω) základních kategoriípracovních mechanismů (v poměrných jednotkách)ν=motorx=0a)b)x= 1x=c))20,6x=−1d)0,40,2000,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 µµ =MMSS NDruhy zatíženíTrvalé, časově neměnné zatížení se v praxivyskytuje jen u některých zařízení !V mnoha aplikacích je druh provozu odlišný od trvalého zatížení !!Požadovaný výkon se mění v nestacionárních stavech, tj. přirozbězích nebo brzděních a především při reverzacích.Pro správný návrh poháněcího motoru je proto nutnéanalyzovat jeho zatěžovací diagram. Počet možných druhůprovozu elektrického motoru je skoro neomezený.Proto bylo z důvodu zlepšení komunikace mezi uživatelem(projektantem) a výrobcem přistoupeno keklasifikaci určitých druhů provozu (zatížení).

V souladu s mezinárodní klasifikací jsou dleČSN EN 60034-1definovány jednotlivé druhy zatížení, označenéS1 až S10Trvalé zatížení - druh zatížení S1Provoz při konstantním zatížení, který je dostatečně dlouhý prodosažení ustálené teploty stroje a která se již dále nemění.Označení : S1 (cont) - nemusí být vždy uvedenc o n t i n u a l = t r v a l ýKrátkodobý chod - druh zatížení S2Doba provozu při konstantním zatížení po stanovenou dobu ∆t p , kteráje kratší, než doba nutná pro dosažení ustálené teploty stroje.Následuje doba klidu a odpojení ∆t R dostatečně dlouhá, aby teplotastroje opět dosáhla hodnoty okolí (chladiva) s tolerancí 2 K .t< 3 ⋅ T 1∆PR2Při krátkodobém chodu mohou vznikat ve stroji vyšší ztráty než při jehotrvalém zatížení (druh zatížení S2 dovoluje jeho přetěžování),teplota stroje ale nesmí přesáhnout svoji dovolenou hodnotu. Dobazatížení (zapnutí) je proto omezená a udává se na štítku stroje.Označení: S2 ∆t P (min.) Příklad: S2 60 min.∆t> 4 ⋅ T

ZatíženíPZatíženíP∆t PT C∆t RElektrickéztráty ∆P VE lektrickéztráty P VTeplotaθθ maxTeplotaθθ m axttS1S2Přerušovaný chod - druh zatížení S3Sled stejných pracovních cyklů , z nichž každý zahrnuje dobu provozu∆t Ppři konstantním zatížení a dobu klidu a odpojení ∆t R . Po dobuzatížení stroj nedosáhne ustáleného oteplení.Během doby klidu se stroj nestačí ochladit na teplotu okolí. Teplota,resp. oteplení stroje kolísá mezi maximální a minimální hodnotou.Rozběhový proud podstatně neovlivňuje oteplení !Označení: S3 z (% ) , kde z=∆tPt+∆P∆tR∆tP⋅ 100 = ⋅ 100TCnormované hodnoty zatěžovatelů pro dobu cyklu T C= 10 minut15 %, 25 %; 40 %; 60 %

Doba jednoho cykluT C∆t P∆t RZatíženíPS3Elektrickéztráty P VTeplotaθθ maxθ maxθ mintPřerušované zatížení - druh zatížení S6Sled stejných pracovních cyklůz nichž každý zahrnuje dobu provozupři konstantním zatížení ∆t P a dobu chodu naprázdno ∆t v(není zde doba klidu a odpojení !!!).∆tPOznačení: S6 z (%) , kde z = ⋅ 100TC

ZatíženíP∆t PT C∆t VS6Elektrickéztráty ∆P VtTeplotaθtθ m axθ m intOstatní druhy zatížení Přerušovaný chod s rozběhem - druh zatížení S4 Přerušovaný chod s elektrickým brzděním - druh zatížení S5 Přerušované pravidelné zatíženís elektrickým brzděním- druh zatížení S7 Přerušované pravidelné zatížení se změnami otáčekspojenými se změnami zatížení - druh zatížení S8 Nepravidelné zatížení a změny otáček - druh zatížení S9 Zatížení s nespojitými konstantními zatíženími– druh zatížení S10

Zjednodušené kinematické schéma EP zdvihového mechanismuElektrická síťP 1N - elektrický- mechanickýHnané koloPŘÍKLADY MOŽNÝCH KINEMATICKÝCHUSPOŘÁDÁNÍ POHONU VÝTAHUKabina +zátěžProtizávaží