Modos de funcionamiento de accionamientos eléctricos en coordenadas de velocidad y par

La mayor parte de la energía eléctrica generada se convierte en energía mecánica utilizando un accionamiento eléctrico para garantizar el funcionamiento de diversas máquinas y mecanismos.

Una de las tareas importantes del accionamiento eléctrico es determinación de la ley de cambio necesaria en el momento M del motor bajo cierta carga y la naturaleza necesaria del movimiento dada por la ley de cambio de aceleración o velocidad. Esta tarea se reduce a la síntesis de un sistema de accionamiento eléctrico que proporciona una ley de movimiento establecida.

En el caso general, los signos de los momentos M (par motor) y Ms (momento de las fuerzas de resistencia) pueden ser diferentes.

Por ejemplo, con los mismos signos M y Mc, el variador funciona en modo motor con velocidad creciente w (aceleración angular e > 0).En este caso, el giro del accionamiento se produce en el sentido de aplicación del par M del motor, que puede actuar en cualquiera de los dos sentidos posibles (horario o antihorario).

Una de estas direcciones, por ejemplo en el sentido de las agujas del reloj, se toma como positiva, y cuando el accionamiento gira en esa dirección, el momento M y la velocidad w se consideran positivos. En el sistema de coordenadas de momento y velocidad (M, w), dicho modo de operación se ubicará en el cuadrante I.

Regiones de modos de operación del accionamiento eléctrico en las coordenadas de la velocidad w y el momento M

Si, con un accionamiento estacionario, la dirección de acción del par M cambia, entonces su signo se volverá negativo y el valor e (aceleración angular del accionamiento) <0. En este caso, el valor absoluto de la velocidad w aumenta, pero su signo es negativo, es decir, el variador acelera en modo motor cuando gira en sentido antihorario. Este régimen se ubicará en el III cuadrante.

La dirección del momento estático Mc (o su signo) depende del tipo de fuerzas de resistencia que actúan sobre el cuerpo de trabajo y la dirección de rotación.

El momento estático es creado por fuerzas de resistencia beneficiosas y dañinas. Las fuerzas de resistencia que la máquina está diseñada para superar son útiles. Su tamaño y naturaleza dependen del tipo de proceso productivo y del diseño de la máquina.

Las fuerzas de resistencia dañinas son causadas por varios tipos de pérdidas que ocurren en los mecanismos durante el movimiento y, cuando se superan, la máquina no realiza ningún trabajo útil.

La principal causa de estas pérdidas son las fuerzas de fricción en los rodamientos, engranajes, etc., que siempre impiden el movimiento en cualquier dirección. Por lo tanto, cuando cambia el signo de la velocidad w, cambia el signo del momento estático Mc, debido a las fuerzas de resistencia indicadas.

Tales momentos estáticos se llaman reactivo o pasivo, porque Onito siempre obstaculiza el movimiento, pero bajo su influencia, cuando el motor está apagado, el movimiento no puede ocurrir.

Los momentos estáticos creados por fuerzas de resistencia útiles también pueden ser reactivos si la operación de la máquina implica vencer las fuerzas de fricción, corte o tensión, compresión y torsión de cuerpos inelásticos.

Sin embargo, si el proceso de producción llevado a cabo por la máquina está asociado a un cambio en la energía potencial de los elementos del sistema (levantamiento de carga, deformaciones elásticas de torsión, compresión, etc.), entonces los momentos estáticos creados por fuerzas de resistencia útil son llamados potencial o activo.

Su dirección de acción permanece constante y el signo del momento estático Mc no cambia cuando cambia el signo de la velocidad o. En este caso, a medida que aumenta la energía potencial del sistema, el momento estático impide el movimiento (por ejemplo, al levantar una carga), y cuando disminuye, promueve el movimiento (bajar una carga) incluso cuando el motor está apagado.

Si el momento electromagnético M y la velocidad o están dirigidos de manera opuesta, entonces la máquina eléctrica funciona en el modo de parada, que corresponde a los cuadrantes II y IV. Dependiendo de la relación de los valores absolutos de M y Mc, la velocidad de rotación del accionamiento puede aumentar, disminuir o permanecer constante.

El propósito de una máquina eléctrica utilizada como motor primario es suministrar energía mecánica a la máquina en funcionamiento para realizar un trabajo o detener la máquina en funcionamiento (por ejemplo, Elección de accionamiento eléctrico para transportadores).

En el primer caso, la energía eléctrica suministrada a la máquina eléctrica se convierte en energía mecánica y se genera un par en el eje de la máquina, que asegura la rotación del accionamiento y la realización de trabajo útil por parte de la unidad de producción.

Este modo de funcionamiento del accionamiento eléctrico se denomina motor… El par motor y la velocidad coinciden en la dirección y la potencia del eje del motor P = Mw > 0.

Las características del motor en este modo de funcionamiento pueden estar en I o III cuadrante, donde los signos de la velocidad y el par son iguales y por tanto P > 0. La elección del signo de la velocidad con sentido de giro conocido de el motor (derecho o izquierdo) puede ser arbitrario.

Por lo general, la dirección positiva de la velocidad se considera la dirección de rotación del accionamiento en el que el mecanismo realiza el trabajo principal (por ejemplo, levantar una carga con una máquina elevadora). Luego, la operación del accionamiento eléctrico en la dirección opuesta ocurre con un signo negativo de la velocidad.

Para reducir la velocidad o detener la máquina, el motor se puede desconectar de la red eléctrica. En este caso, la velocidad disminuye bajo la acción de las fuerzas de resistencia al movimiento.

Este modo de operación se llama movimiento libre… En este caso, a cualquier velocidad, el par del accionamiento es cero, es decir, la característica mecánica del motor coincide con el eje de ordenadas.

Para reducir o detener la velocidad más rápidamente que en el despegue libre, y para mantener una velocidad constante del mecanismo con un par de carga que actúa en la dirección de rotación, la dirección del momento de la máquina eléctrica debe ser opuesta a la dirección de velocidad

Este modo de funcionamiento del dispositivo se llama inhibitorio, mientras la máquina eléctrica está funcionando en modo generador.

Potencia motriz P = Mw <0, y la energía mecánica de la máquina en funcionamiento se alimenta al eje de la máquina eléctrica y se convierte en energía eléctrica. Las características mecánicas en modo generador se encuentran en los cuadrantes II y IV.

El comportamiento del accionamiento eléctrico, como se desprende de la ecuación de movimiento, con los parámetros dados de los elementos mecánicos está determinado por los valores de los momentos del motor y la carga en el eje del cuerpo de trabajo.

Dado que la ley de cambio de velocidad de un accionamiento eléctrico durante el funcionamiento se analiza con mayor frecuencia, es conveniente utilizar un método gráfico para accionamientos eléctricos en los que el par motor y el par de carga dependen de la velocidad.

Para ello se suele utilizar la característica mecánica del motor, que representa la dependencia de la velocidad angular del motor con su par w = f (M), y la característica mecánica del mecanismo, que establece la dependencia del motor velocidad en el momento estático reducido creado por la carga del elemento de trabajo w = f (Mc) …

Las dependencias especificadas para el funcionamiento en régimen permanente del accionamiento eléctrico se denominan características mecánicas estáticas.

Características mecánicas estáticas de los motores eléctricos.