1.3 Выбор двигателя (энергетический расчет)
Для заполнения остальных ячеек матрицы необходимо знать параметры электродвигателя и передаточные числа механических передач. В настоящее время в машиностроении наибольшее распространение в качестве источника энергии получили электрические двигатели постоянного и переменного тока. Двигатели постоянного тока используются в приводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости. Двигатели переменного тока могут быть синхронные и асинхронные. Первые более дорогие в изготовлении и эксплуатации, но имеют строго постоянную частоту вращения, независимо от нагрузки. У двигателей асинхронных при изменении нагрузки происходит уменьшение синхронной частоты вращения в небольшом диапазоне. Если эти изменения не влияют на работу машины, то предпочитают применять эти двигатели. Именно к таким машинам в большинстве схем заданий предстоит разработать привод.
Асинхронные двигатели (AD) выпускаются с различной номинальной частотой вращения. Синхронная частота вращения для наиболее используемых двигателей может быть 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин. Назначение частоты вращения должно производиться с экономической точки зрения с целью получения наиболее дешевого привода.
Ориентировочная частота вращения вала двигателя может быть определена по зависимости (12)
,
(24)
где
–
частота вращения приводного вала машины,
а
–передаточное
число привода.
Оптимальное передаточное отношение определяется как
, (25)
где
и
т.д. – оптимальные передаточные отношения
передач, входящих в привод, которые
могут быть приняты как средние значения
из справочных данных (таблица 2).
В приводах рекомендуется использовать двигатели с синхронной частотой вращения 1000 или 1500 об/мин, так как чем меньше частота вращения двигателя, тем больше он по размерам, а при больших частотах вращения первая передача в приводе получается весьма быстроходной, и при её проектировании необходимо учитывать некоторые особенности, в частности, отсутствие недопустимых колебаний. Кроме того в соответствии с ГОСТ Р 50891-96 «Редукторы общемашиностроительного применения. Общие технические условия» скорость вращения входного вала для червячных, червячно-цилиндрических, цилиндрически-червячных редукторов не должна превышать 1800 об/мин.
По полученной мощности на валу двигателя P1 и частоте вращения n1 можно выбрать тип двигателя. При этом частота вращения выбирается ближайшей от полученного значения, но при этом, как указывалось выше, следует предусматривать возможность применения двигателя с синхронной частотой вращения 1000 или 1500 об/мин. Мощность выбранного AD не должна быть меньше полученной из расчета мощности более чем на 5%. Из всех выпускаемых AD следует использовать двигатели последней единой серии 4А или АИР. Характеристики некоторых AD серии 4А представлены в таблице 3. AD с другими характеристиками могут быть выбраны из справочных данных на двигатели [1, 10].
В период пуска
двигатель для преодоления инерционных
нагрузок должен развивать больший
вращающий момент Mпуск,
чем при установившемся движении Mном.
Если имеет место
,
где
–
необходимый пусковой момент для разгона
машины, то двигатель будет разгоняться
в нужном режиме. Если же
,
разгон двигателя замедляется. В этом
случае двигатель нагревается более
интенсивно и если пуски двигателя
проводятся часто, двигатель может выйти
из строя (отказать) в результате
чрезмерного нагрева обмотки. Поэтому
в приводах,
Таблица 3 Электродвигатели асинхронные трехфазные единой серии 4А (выборка из ГОСТ 19523-81)
-
Тип двигателя
Синхронная частота вращения
3000
1500
1000
750
P
n
Kn
P
n
Kn
P
n
Kn
P
n
Kn
4А71А?УЗ
0,75
2840
2,0
0,55
1390
2,0
4А71В?УЗ
1,1
2810
2,0
0,75
1390
2,0
0,55
900
2,0
4А80А?УЗ
1,5
2850
2,1
1,1
1420
2,0
0,75
915
2,0
4А80В?УЗ
2,2
2850
2,1
1,5
1415
2,0
1,1
920
2,0
0,55
700
1,6
4А90LA8УЗ
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,75
700
1,6
4А90LB8УЗ
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1,1
700
1,6
4А90L?УЗ
3,0
2840
2,1
2,2
1425
2,1
1,5
935
2,0
-
-
-
4А100S?УЗ
4,0
2880
2,0
3,0
1435
2,0
-
-
-
-
-
-
4А100L?УЗ
5,5
2880
2,0
4,0
1430
2,0
2,2
950
2,0
1,5
700
1,6
4А112MA?УЗ
-
-
-
-
-
-
3,0
955
2,0
2,2
700
1,9
4А112MB?УЗ
-
-
-
-
-
-
4,0
950
2,0
3,0
700
1,9
4А112M?УЗ
7,5
2900
2,0
5,5
1445
2,0
-
-
-
-
-
-
4А132S?УЗ
-
-
-
7,5
1445
2,2
5,5
965
2,0
4,0
720
1,9
4А132M?УЗ
11,0
2900
1,7
11,0
1460
2,2
7,5
970
2,0
5,5
720
1,9
4А160S?УЗ
15,0
2940
1,4
15,0
1465
1,4
11,0
975
1,2
7,5
730
1,4
4А160M?УЗ
15,0
975
1,2
11,0
730
1,4
Примечания: 1. P – номинальная мощность электродвигателя, кВт; n – асинхронная частота вращения, об/мин; Kn – кратность пускового момента.
2. В обозначении AD вместо ? подставлять число полюсов соответственно для 3000, 5000, 1000 и 750 об/мин – 2, 4, 6 и 8.
в которых двигатели пускаются часто, необходимо выбранный двигатель проверять по пусковому моменту по условию:
, (26)
где
– необходимый номинальный крутящий
момент для работы машины;
– номинальный
крутящий момент электродвигателя;
–
кратность пускового
момента электродвигателя приведена в
таблице 3.
Если имеется
типовой график нагрузки, то следует
считать, что
и проверка по пусковому моменту не
требуется.
Габаритные, установочные и присоединительные размеры выбранного AD серии 4А принимают согласно данных ГОСТ 18709-73. Выборка из стандарта приведена в таблице 4. Исполнение двигателя выбирается в зависимости от конструкции привода. Для приводов механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме с частыми пусками под нагрузкой и требующих фиксированного останова за регламентированное время после отключения электродвигателя от сети, используются AD серии 4А со встроенным электромагнитным тормозом (4А…Е). Электродвигатели выпускаются в диапазоне высот оси вращения 56…160 мм и имеют степень защиты IP4. Они разработаны на базе основного AD или AD с повышенным скольжением. Отличительным признаком является наличие специального тормозного устройства, обеспечивающего тормозной момент не менее 1,5 номинального вращающего момента. Время торможения tТ и время растормаживания tР не превышает следующих значений:
Высота оси вращения, мм |
tТ, мс |
tР, мс |
56-100 |
100 |
40 |
112-160 |
200 |
100 |
AD со встроенным электромагнитным тормозом (ВЭТ) имеют технические данные аналогичные AD основного исполнения. Они обозначаются как и двигатели основного исполнения, только после обозначения числа полюсов (в таблице 3 - ?) ставится буква Е. Например, AD серии 4А с высотой центров 100 мм и ВЭТ, с синхронной частотой вращения 1500 об/мин будет обозначаться: 4А100L4ЕУ3. В курсовых проектах AD с ВЭТ применяются в конвейерах, подъемниках, приводах грузоподъемных машин. В проекте все их присоединительные размеры принимать как у основного AD.
Таблица 4 Габаритные установочные и присоединительные размеры двигателей серии 4А, исполнение 1М 1081, степень защиты IP44, IP54,
h = 71 - 160 мм
