Выбор исполнительного элемента по энергетическим характеристикам объекта регулирования

Выбор исполнительного элемента следящей системы опреде­ляется многими факторами. Важное значение имеют эксплуата­ционные, механические, электрические и другие требования, предъ­являемые к проектируемой системе. В данном разделе будет рас­смотрен лишь подход к выбору двигателя с позиций обеспечения энергетических характеристик, необходимых для движения- объ­екта регулирования по заданным законам в основных режимах работы. Исполнительный двигатель, как правило, выбирают мето­дом последовательных приближений, т. е. пригодность первона­чально выбранного двигателя проверяют последующим деталь­ным анализом его динамических возможностей и энергетических характеристик.

Сложность выбора двигателя и передаточного числа силового редуктора обусловлена тем, что энергетические характеристики силового агрегата определяются не только объектом регулирова­ния, но и инерционностью ротора двигателя и вращающихся ча­стей редуктора, а также реальными моментами сопротивления дви­жению в механических передачах от двигателя к нагрузке.

Действительно в общем виде суммарный момент, развиваемый двигателем,

, (15.1)

где

— момент инерции ротора двигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу двигателя;

— момент сухого трения, действующий на валу двигателя. Могут присутствовать также и другие составляющие моментов сопротивления движению вала двигателя.

При ориентировочном выборе двигателя можно также рассма­тривать значение момента (развиваемого двигателем), приведенное к выходному валу системы через передаточное число редуктора. Для этого преобразуем уравнение (10.24) к виду

, (15.2)

что соответствует

(15.3)

Однако более удобным является выбор двигателя по мощности, потребляемой объектом регулирования, поскольку из формул исключаются значения i, которые при предварительном расчете неизвестны. В этом случае

. (15.4)

Очевидно, что следящий привод сможет обеспечить требуемый закон движения лишь в том случае, если нагрузочная характери­стика объекта регулирования лежит в области моментов и скоростей двигателя, т. е. находится внутри механиче­ской характеристики двигателя. Таким образом, если для выбран­ных двигателей известны их механические характеристики, то это является наилучшей предпосылкой правильности выбора конкрет­ного исполнительного элемента. Однако это не всегда оказывается возможным. Поэтому в ряде случаев используют приближенные методы расчета. Так, например, можно положить, что мощность, развиваемая двигателем, расходуется поровну как на движение объекта регулирования, так и на движение инерционных масс и преодоление моментов сопротивления самого двигателя.

При этом

. (15.5)

При определении номинальной мощности двигателя можно при­нять

.

Если неизвестны средние значения мощности, требуемой для движения объекта регулирования, то можно воспользоваться мак­симальными значениями суммарного нагрузочного момента и ско­рости в основном рабочем режиме. Это требует учета форсировочных возможностей двигателя по скорости и по моменту:

(15.6)

где — допустимый коэффициент форсировки двигателя по моменту; — допустимый коэффициент форсировки двигателя по скорости движения выходного вала.

По полученному значению номинальной мощности двигателя осуществляют его предварительный выбор.

Выбор исполнительного двигателя определяется целым рядом факторов: родом тока генератора, который может быть рекомендо­ван к использованию; конструктивными особенностями двигателя;

эксплуатационными характеристиками двигателя; режимом ра­боты двигателя; диапазоном изменения скоростей и т. д.

Не останавливаясь на факторах, не имеющих отношения к энер­гетическим характеристикам, отметим, что при равной мощности двигателей, пригодных к применению, быстроходные двигатели имеют меньшую удельную массу на единицу мощности по сравне­нию с тихоходными. Поэтому при жестких ограничениях на массу и габаритные размеры следует отдать предпочтение быстроходным двигателям, которые в дальнейшем необходимо тщательно прове­рить по моментным характеристикам.

Весьма важным фактором, определяющим энергетические характеристики двигателя, является режим его работы. Различают три основных типа режимов работы двигателя—длительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

При длительном режиме работы температура нагрева двигателя достигает установившегося значения; при кратковременном ре­жиме в рабочий период температура не достигает этого значения, а в период паузы двигатель охлаждается до окружающей темпера­туры. При повторно-кратковременном режиме (периодическом) ни в одном из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время паузы двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Поэтому для каж­дого из режимов либо изготовляют специальные двигатели, либо в технических условиях на эксплуатацию оговариваются нагрузоч­ные параметры для работы двигателя в каждом из указанных ре­жимов. Для следящих систем наиболее распространенным является длительный режим работы. Точный расчет условий нагрева двига­теля, работающего на объект регулирования со сложным характе­ром нагрузки, практически невозможен. Поэтому наибольшее распространение получили способы теплового расчета методом эквивалентного момента и методом эквивалентной мощности.

При этих расчетах определяют средние квадратические значе­ния момента или мощности за рабочий цикл, которые не должны превышать номинальных. Определение передаточного числа редуктора и проверка выбранного двигателя

Как уже отмечалось, выбор двигателя по мощности, необходи­мой для движения объекта регулирования по заданному закону является предварительным. Необходима проверка выбранного двигателя по значению развиваемого момента и по суммарному значению мощности, необходимой для обеспечения движения объекта регулирования.