2 Методические указания по выполнению электротехнической части дипломного проекта

2.1 Общие сведения

Основным требованием при выборе электродвигателя является его соответствие условиям технологического процесса рабочей машины. Задача выбора состоит в поиске такого двигателя, который будет обеспечивать заданный технологический цикл рабочей машины, иметь конструкцию, соответствующую условиям эксплуатации и компоновки с рабочей машиной, а его нагрев при этом не должен превышать нормативный (допустимый) уровень.

Правильно выбранный двигатель для привода производственного механизма должен удовлетворять следующим условиям:

1) мощность двигателя не должна быть меньше требуемой (во избежание перегрева двигателя и выхода его из строя) и слишком большой (во избежание неэкономичной эксплуатации);

2) вращающий момент должен быть достаточным как для пуска производственного механизма, так и для преодоления толчков нагрузки, крутящий момент которых может быть больше номинального момента двигателя;

3) скорость двигателя должна соответствовать необходимой скорости механизма, двигатель должен обеспечивать регулирование скорости, если этого требует производственный механизм;

4) конструктивное исполнение двигателя должно соответствовать удобству сопряжения с рабочей машиной и условиям окружающей среды.

Определение необходимой номинальной мощности приводного электродвигателя является достаточно сложным вопросом.

В наиболее простых случаях мощность двигателя может быть установлена по аналогии путем сопоставления проектируемого электропривода с уже успешно работающими электроприводами такого же назначения и того же типоразмера. На практике находит применение способ определения мощности двигателя по удельным показателям, собранным за большой период эксплуатации, например, по величине расхода электроэнергии на 1 кг массы продукции или на одно обрабатываемое изделие.

Все эти методы носят все же ориентировочный характер и применяются для предварительного выбора двигателя. Точный расчет требует выяснения теплового режима двигателя, т.е. его нагрева, с которым непосредственно связано понятие номинальной мощности двигателя. Это видно из того, что применение более эффективного охлаждения позволяет увеличить мощность одного и того же двигателя.

Нагрев электрической машины обычно лимитируется допустимой температурой изоляционных материалов, которая в свою очередь устанавливается исходя из необходимого срока службы изоляции - примерно десять пет. Небольшое превышение допустимой температуры, вообще говоря, не означает, что двигатель «сгорит», однако при этом происходит интенсивнее старение изоляции обмоток и резкое сокращение срока эксплуатации машины из-за потери диэлектрической прочности изоляции. Температура обмоток определяется не только уровнем внутренних тепловыделений, но и температурой окружающей среды, за которую принята величина, равная 40°С. В задачах электропривода проблемы определения температуры двигателя не возникает, важно иметь возможность оценки параметров режима работы, при которых не будет превзойдена допустимая для данного класса изоляции температура.

2.2 Номинальные режимы работы двигателей

Возможные режимы работы электроприводов отличаются многообразием по характеру и длительности циклов, значениями нагрузок, условиями охлаждения, соотношениями потерь в период пуска и установившегося движения и т.д., поэтому изготовление двигателей для каждого из возможных режимов работы электропривода не имеет практического смысла. На основании анализа реальных режимов выделен специальный класс режимов - номинальные режимы, для которых проектируются и изготавливаются серийные двигатели.

Данные, содержащиеся в паспорте электрической машины, относятся к определенному номинальному режиму и называются номинальными данными двигателя. Заводы-изготовители гарантируют при работе двигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке полное использование его в тепловом отношении.

Действующим ГОСТом предусматривается восемь номинальных режимов, которые в соответствии с международной классификацией имеют условные обозначения S1 - S 8:

S1 - продолжительный номинальный режим;

S2 - кратковременный номинальный режим;

S3- повторно-кратковременный номинальный режим;

S4 - повторно-кратковременный номинальный режим с частыми пусками;

S5 - повторно-кратковременный номинальный режим работы электрической машины с частыми пусками и электрическим торможением;

S6 - перемежающийся номинальный режим работы;

S7 - перемежающийся номинальный режим работы с частыми реверсами;

S8 - перемежающийся номинальный режим работы с двумя или более скоростями.

Режимы S1, S2, S3 являются в настоящее время основными. Номинальные данные двигателей в этих режимах включаются в паспорт и каталоги.

Режимы S4…S8 уточняют основные и помогают упростить нагрузочные диаграммы произвольных режимов.

Продолжительный номинальный режим работы (S1) двигателя характеризуется неизменной нагрузкой в течение времени, за которое перегрев всех его частей достигает установившегося значения. Работа двигателя в режиме S1 может происходить с постоянной или переменной циклической нагрузкой. В таком режиме работают электродвигатели насосов, вентиляторов, эскалаторов, транспортеров.

Кратковременный номинальный режим работы (S2) двигателя – режим, при котором периоды работы двигателя с неизменной нагрузкой чередуются с периодами его отключения (остановки); при этом периоды работы не настолько длительны, чтобы превышения температуры могли достигнуть установившегося значения, а периоды остановки настолько длительны, что все его части охлаждаются до температуры окружающей среды. В таком режиме работают электродвигатели зажимных устройств металлорежущих станков, открытия затворов шлюза, разводных мостов.

Повторно-кратковременный номинальный режим работы (S3) двигателя – режим, при котором кратковременные периоды с неизменной нагрузкой чередуются с периодами отключения (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей двигателя могли достигнуть установившихся значений. В таком режиме работают электродвигатели кранов, лифтов, экскаваторов, подъемно-транспортных механизмов.

2.3 Нагрузочные диаграммы

Нагрузочная диаграмма исполнительного органа рабочей машины представляет собой график изменения приведенного к валу двигателя статического момента нагрузки во времени M_c(t). Эта диаграмма рассчитывается на основании технологических данных, характеризующих работу машин и механизмов, и параметров механической передачи. Для примера приведем формулы, по которым можно рассчитать моменты сопротивления М_с, создаваемые на валу двигателя при работе исполнительных органов некоторых машин и механизмов.

Статические нагрузки (статические мощность, момент, усилие) рассчитываются для конкретного механизма по своим формулам. Рассмотрим некоторые из типовых механизмов.

1 Кран

а) Механизм подъема крана.

Статический момент на валу двигателя при подъеме номинального груза, Н∙м

, (2.1)