книги из ГПНТБ / Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие

рошком, который задерживается в шероховатостях семян сорняков и скатывается с гладких зерен. Таким образом, после обработки семена сорняков, покрытые порошком, могут быть подвержены воздействию магнитного поля, а зерна — нет. Для этого пропускают смесь семян над цилиндром из немагнитного материала, в нижней части которого помещен сильный магнит. Зерна скатываются с цилиндра, не задер­ живаясь на нем, а семена сорняков как бы прилипают к поверхности цилиндра и затягиваются под него. Следует отметить, что этим спосо­ бом сортируются далеко не все сорняки, поэтому магнитная сортировка не исключает остальные виды зерноочистки.

Широко используется в кормоприготовительных цехах очистка кормов от железных частиц с помощью электромагнитов. Очистка заключается в том, что железные частицы притягиваются электромаг­ нитом и извлекаются из потока корма.

Применяется также магнитная обработка воды, предотвращающая образование накипи в котлах и парообразователях. Воду перед по­ ступлением в котел пропускают через магнитные поля чередующейся полярности. После такой обработки соли выделяются в виде взвешен­ ных частиц и не откладываются в виде накипи.

13.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Большой интерес представляет использование электрического поля для разделения (сепарации) зерна. Исследования показали, что действие электростатического поля определяется такими свойствами зерна, как диэлектрическая проницаемость, электропроводность, спо­ собность к накоплению электрического заряда и прочие. Это дает

Разработано несколько видов машин для сепарации зерна в элект­ рическом поле. В основе действия электростатической решетной ма­ шины лежит способность зерен ориентироваться в электростатическом поле продольной осью вдоль силовых линий. В этих машинах сильное электрическое поле создается так, чтобы силовые линии были перпен­ дикулярны плоскости решета и пронизывали всю его площадь. Про­ исходящая ориентация зерен повышает производительность и улучшает качество решетной зерноочистки.

В основе действия других образцов зерновых сепарационных ма­ шин лежит способность зерен накапливать электрический заряд в коронирующем электрическом поле. Величина заряда зерен зависит от их формы и диэлектрической проницаемости. Заряженные зерна сепа­ рируются в электрическом поле-по величине заряда, а следовательно, и по форме, размерам и биологическим свойствам.

Многочисленные опыты с подобными сепарационными машинами показали, что зерна в процессе обработки электрическим полем улуч­

шают свои свойства. Прибавка урожая, вызванная этой обработкой, составляет 10—15%.

1 7 0

1 3 .3 . Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Е И ЗГО РО Д И

Электрические изгороди устанавливаются для ограждения паст­ бищ при загонной пастьбе, для защиты от животных посевов, стогов сена и т. п. Количество проволок и высота их подвеса зависит от вида животных. Мощность электрического импульса, направленного по проволокам, должна быть такой, чтобы общее количество электриче­

ства, проходящее через животное во время удара, не превышало

3 мА -с.

Электрическая изгородь изготовляется из одной или нескольких стальных проволок диаметром 0,9—1,2 мм. Проволока крепится на

Рис. 85. Конструктивная схема пульсатора ЭП:

1 — пружина; 2 — диск маятника; 3 — ось; 4 — контакт; 5 — конденсатор; 6 — пружина; 7 — пластина; 8 — транс­ форматор; 9 — вторичная обмотка^ 10 — первичная обмот­ ка; 11 — выключатель; 12 — батарея; 13 — упор; 14 — про­ вод ограждения;

изоляторах. Основной частью электроизгороди является пульсатор, генерирующий 50—60 электрических импульсов в минуту напряже­ нием 9—12 кВ. Животное, прикоснувшись к такой изгороди, получает электрический удар. Через 2—3 дня после установки изгороди у жи­ вотных вырабатывается условный рефлекс.

На рис. 85 приведена конструктивная схема пульсатора ЭП. При замыкании выключателя 11 замыкается цепь тока через первичную обмотку повышающего трансформатора 8, контакты 4 и маятник. Пластина 7, притягиваясь к сердечнику, толкает диск маятника 2, вращающийся на оси 3. Маятник приходит в колебательное движение с частотой 50—60 раз в минуту и с такой частотой разрывает контакты 4. При замыкании и размыкании контактов 4 во вторичной обмотке трансформатора наводится импульс высокого напряжения, который и подается на ограждающий провод. Пульсатор питается от источника постоянного напряжения 6—8 В.

В настоящее время имеются разработки более экономичных и эф­ фективных пульсаторов. В них нет подвижных частей, так как для

1 7 1

Ч а с т ь т р е т ь я

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ МАШИНАМИ И УСТАНОВКАМИ

14.МЕХАНИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

14.1.ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Составной частью любого современного производственного меха­ низма или машины независимо от их назначения является привод, который служит источником механической энергии, необходимой для приведения в движение рабочих органов машины. Привод включает в себя двигатель, устройства для его управления и передаточный ме­ ханизм, называемый также трансмиссией. В трансмиссию могут входить ремни, шестерни, муфты, валы и другие детали, составляющие промежу­ точную передачу между валом двигателя и приводным валом ма­ шины.

Для привода машин используются различного вида двигатели, например гидравлические, внутреннего сгорания, электрические. Привод с электрическим двигателем называют сокращенно э л е к т ­ р о п р и в о д о м .

Первый образец электропривода был создан в 1838 г. русским ака­ демиком Б. С. Якоби. Он построил первый двигатель постоянного тока с вращательным движением и впервые осуществил электропривод судна.

Совершенствование электропривода и его практическое применение неразрывно связаны и происходят одновременно с развитием электро­ энергетики в целом. Особенно быстрыми темпами все области электро­ энергетики, в частности электропривод, начали развиваться после того, как русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889— 1891 гг. была создана система переменного трехфазного тока и пред­ ложен асинхронный бесколлекторный двигатель. К началу нашего столетия система трехфазного тока получила всеобщее признание, а асинхронный двигатель вследствие простоты своего устройства, на­ дежности и экономичности получил преимущественное распростра­ нение.

Вследствие своих преимуществ, главными из которых являются

ного хозяйства. Более 70% всей вырабатываемой электроэнергии превращается сейчас в механическую двигателями электропри­ водов.

1 7 3

Процесс совершенствования электропривода в основном происхо­ дил за счет изменений в трансмиссии и системе управления. Все многообразие конструктивных форм электроприводов можно разделить на три вида: 1) групповой электропривод, 2) одиночный, 3) многодви­

гательный.

Г р у п п о в о й ( т р а н с м и с с и о н н ы й ) э л е к т р о п р и ­ в о д имеет главную трансмиссию, от которой приводится в движение группа рабочих машин. Йз-за ряда существенных недостатков, таких, как громоздкая и неэкономичная главная трансмиссия, сложность управления рабочей машиной, групповой привод постепенно был вы­ теснен одиночным электроприводом и в настоящее время не приме­

называют однодвигательным, или индивидуальным, каждая рабочая машина приводится в действие отдельным двигателем. Одиночный электропривод продолжают совершенствовать в направлении упроще­ ния трансмиссии и конструктивной связи двигателя с рабочей маши­ ной (например, двигатель встроен в корпус машины). Одиночный элект­ ропривод имеет наибольшее распространение и в сельском хозяйстве

зывают такой, в котором отдельные рабочие органы или части произ­ водственной машины приводятся в движение самостоятельными дви­ гателями. Этот вид электропривода находит применение на целом ряде производств текстильной, бумажной, металлообрабатывающей промышленности, а также в сельскохозяйственном производстве — на птицефермах, комбикормовых заводах, зерноочистительных и су­ шильных пунктах.

14.2. УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

При работе электропривода часто возникают условия, в результате которых происходит изменение скорости вращения двигателя и рабо­ чих органов машины (пуск, торможение, изменение механической нагрузки, непостоянство напряжения сети и др.). Такие режимы работы электропривода и процессы, происходящие при этом, называют н е - у с т а н о в и в ш и м и с я , или п е р е х о д н ы м и .

Переходные режимы снижают производительность рабочей ма­ шины, поэтому при расчете и выборе электропривода продолжитель­ ность их стремятся сократить. В связи с этим определение продолжи­ тельности протекания переходных процессов электропривода является важной практической задачей. Решение этой задачи и других вопро­ сов, связанных с движением органов рабочего агрегата как при пере­ ходных, так и при установившихся процессах, может быть осущест­ влено с помощью уравнений движения.

Электродвигатель обычно создает вращательное движение. Рабочие органы машины могут иметь как вращательное, так и поступательное движение. На основании второго закона Ньютона при поступательном

1 7 4

движении зависимость между движущей силой и силами противодей­ ствия выражается уравнением:

Как известно, динамический момент возникает в результате изме­ нения кинетической энергии вращающихся масс при изменении ско­ рости вращения

щей через центр тяжести, называют сумму произведений масс всех ча­ стиц тела на квадраты их расстояний до оси вращения

І = k

J --=2 mr t i= t

Для удобства при расчетах момент инерции тела обычно выражают через произведение массы тела на квадрат радиуса инерции

где т — масса тела, кг; р — радиус инерции тела, м.

Радиус инерции — это расстояние от оси вращения, проходящей через центр тяжести, до точки, в которой надо сосредоточить всю массу тела, чтобы получить действительную величину момента инерции дан­ ного тела.

Из двух последних формул определим р:

1 7 5

Применительно к системе двигатель — рабочая машина уравнение моментов (14-2), отнесенное к валу двигателя, т. е. к его угловой ско­ рости и ускорению, называют у р а в н е н и е м д в и ж е н и я э л е к т р о п р и в о д а

Применяя уравнение (14-5) для практических расчетов, необходимо учитывать знаки моментов. Обычно знаки моментов определяют по направлению вращения двигателя, принимая одно из его направлений вращения за положительное, а обратное — за отрицательное. Момент, развиваемый двигателем, считают положительным, если его действие совпадает с положительным направлением вращения, и наоборот.

В соответствии с вышесказанным статический момент также может иметь положительный или отрицательный знак. Например, момент, создаваемый грузом на барабане подъемного механизма, сохраняет свой знак независимо от направления вращения двигателя: при подъе­ ме груза препятствует движению, при спуске — способствует. Стати­ ческий же момент, создаваемый силами трения, меняет свой знак при изменении направления вращения двигателя: препятствует движению и при подъеме, и при спуске груза.

Знак динамического момента ойределяется алгебраической раз­ ностью моментов Мд и Мс, которые могут иметь одинаковые и противо­ положные знаки. В связи с этим уравнение движения электропривода в общем виде записывается

(14-6)

В практических расчетах вместо момента инерции часто применяют маховой момент GD2, который получается в результате замены в вы­ ражении (14-41 массы тела через вес и ускорение силы тяжести, а ра­ диуса инерции — через диаметр инерции

G

J = т іі2= — g

В справочной литературе значения маховых моментов роторов и якорей электрических машин даны обычно в кгс/м2, а скорость враще­ ния (п) на щитках электродвигателей указана в об/мин. Для удобства в практических расчетах уравнение движения электропривода запи­ сывают, используя указанные величины

dcö GD2 2jt dn GD'1 dn

дC dt = 1 7 ' 6 0 ' Tt = 375 ’ "dt •

Для перехода к едийицам СИ пользуются соотношением

GD* = 4J.

176

14.3. ПРИВЕДЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ И УСИЛИЙ

Уравнение движения (14-6) в том случае, когда двигатель приводит в движение систему рабочих органов, имеющих самые различные скорости, требует приведения статических моментов сопротивления или усилий к какому-нибудь одному валу. Чаще всего действительные моменты рабочих органов пересчитываются и приводятся к валу дви­ гателя. Основой для такого пересчета служит закон сохранения энергии.

Рассмотрим приведение статических моментов электропривода лебедки (рис. 86), имеющего одноступенчатую зубчатую передачу.

При установившемся режиме работы привода, когда скорость вращения не из­ меняется (Мдин = 0) и момент, развивае­ мый двигателем, уравновешивается стати­ ческим моментом на его валу:

где т)п — к. п. д. всей передачи.

В случае приведения к валу двигателя статического момента, когда рабочий орган имеет поступательное движение под действием силы

177

FM, исходим также из равенства мощностей обоих видов движения

М сСОд —

где ѵи — скорость поступательного движения рабочего органа, м/с. Учитывая потери в передаче,

поступательное движение элементов системы, изображенной на рис. 87, равен

пательно движущегося органа машины. Для приведения рассматриваемой системы к простейшей следует заменить все движущиеся массы одной фиктивной массой, которая, вращаясь со скоростью вала двигателя относительно его оси, имеет приведенный момент инерции. При этом запас кинетической энергии

1 7 8

этой фиктивной массы равен запасу кинетической энергии приводимой системы, следовательно

передаточными числами между осью двигателя и осями отдельных вращающихся органов, получим в общем виде

Из выражений (14-9) и (14-14) видно, что приведенный момент инер­ ции и статический момент зависят от передаточного числа между осью двигателя и осью машины, причем в большей степени — момент инер­ ции. В приближенных практических расчетах считают,, что основная масса вращающихся частей электропривода связана непосредственно с валом двигателя, поэтому можно принять

Моменты инерции определяют опытным путем.

При отсутствии каталожных данных момент инерции (или маховой момент) приближенно определяют по геометрическим размерам ротора

где D, I — соответственно диаметр и длина ротора, м.

Контрольные вопросы

1.Соотношение каких величин выражает уравнение движения электропривода?

2.Что такое динамический момент электропривода?

3.Как определяют знаки моментов, входящих в уравнение движения электро­ привода?

4.Что такое момент инерции и радиус инерции вращающегося тела?

5.Для чего производят приведение статических моментов и моментов инерции движущихся масс электропривода к валу двигателя?

15.МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

15.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И РАБОЧИХ МАШИН

Выбор электропривода определяется требованиями рабочей ма­ шины. Электропривод должен обеспечить выполнение рабочей маши­ ной заданной технологии при всех возможных режимах: пуска, приема и сброса нагрузки, торможения, изменения скорости, постоянной на­

179