КУРС лекций Электротехника, электронное / Курс лекций. Электротехника и электроника. РАЗДЕЛ 3. Электропривод и электроснабжение

194

Раздел 3. Электропривод и электроснабжение Содержание

3.4.3Выбор электродвигателя для кратковременного режима работы248

3.4.4Выбор электродвигателя для повторно-кратковременного режима

197

электродвигателей относительно общей мощности установленных двига- телей всех видов энергии составляла: в 1890 г. – 5%, в 1927 г. – уже 75%, в настоящее время приближается к 100%. Применение электродвигателей оказало революционизирующее влияние, как на устройство приводов, так и на конструкцию самих производственных механизмов.

3.1.1.1Общие сведения об электроприводе

Всовременной инженерной практике электропривод играет решаю- щую роль.

Электрическим приводом или просто электроприводом называется электромеханическое устройство, состоящее из электродвигателя 1, аппа- ратуры управления 2 и устройства 3 для передачи движения от двигателя исполнительному механизму 4 (рисунок 2).

Рисунок 2 – Элементы устройства электропривода

Электропривод, по сравнению с локомобилями, двигателями внут- реннего сгорания (ДВС) и др., имеет ряд ценных преимуществ, главные из которых:

-меньший вес и габариты;

-меньшая пожароопасность;

-большая перегрузочная способность, (β= 2,5), что позволяет выби- рать двигатель без запаса по мощности (перегрузочная способность двига- теля внутреннего сгорания всего 20%);

-простое управление при пуске, торможении, остановке (нажать кнопки);

198

-быстрота и точность управления двигателем;

-не требуется предварительная подготовка двигателя (заливка во- дой, разогрев, заправка горючим, и т.д.);

-простой и надежный реверс (ДВС реверса не имеет);

-широкие возможности по автоматизации;

-легкость осуществления индивидуального привода;

-осуществление дистанционного управления.

Надежная работа электропривода определяется многими данными, главные из них: соответствие между мощностью двигателя и мощностью механизма и соответствие между рабочими характеристиками двигателя и характеристиками механизма.

Основной характеристикой, определяющей пригодность данного ти- па двигателя к рабочему механизму, является механическая характеристи- ка n=ƒ(Мвр).

Мощность двигателя должна быть такой, при которой двигатель, ра- ботая по заданному режиму, не нагревался бы выше допустимого предела.

По роду исполнения различают приводы: групповой, одиночный и многодвигательный.

Групповым называют такой привод, в котором один электродвига- тель приводит в движение группу производственных механизмов, обычно при помощи трансмиссионной передачи. Групповой привод имеет ряд су- щественных недостатков, главными из которых являются:

-сложность управления каждым механизмом, исключающим воз- можность автоматизацию;

-большие потери энергии в передачах.

Групповой привод в настоящее время встречается лишь на старых предприятиях, как пережиток прошлого.

Одиночным или индивидуальным называется привод, в котором каж- дый производственный механизм приводится в движение своим двигате- лем. Одиночный привод получил широкое распространение, т.к. он не имеет недостатков, свойственных трансмиссионному приводу.

Многодвигательным называется привод, в котором отдельные звенья производственного агрегата приводятся в движение отдельными электро- двигателями, электрически связанными между собой в части управления.

Основной тенденцией современного машиностроения является стремление к максимальному повышению производительности производ- ственных машин и облегчения управления ими. Одним из основных средств для достижения указанных целей является замена централизован- ного, однодвигательного привода рядом приводов отдельных звеньев дви- гателями, имеющими характеристики, наиболее полно удовлетворяющие требованиям механизмов. Замена однодвигательного привода многодвига-

199

тельным значительно упрощает кинематику производственной машины, но неизбежно усложняется схема управления электроприводом.

Управление электроприводом может быть автоматическим и не ав- томатическим.

Электропривод с неавтоматизированным управлением называется

неавтоматизированным электроприводом.

Электропривод с автоматизированным управлением называется ав-

томатизированным управлением.

3.1.2 Выбор электродвигателя для производственного механизма

Для выбора двигателя необходимо определить следующее:

1)род тока (постоянный или переменный).

2)вид характеристики, например, для подъёмно-транспортных ме- ханизмов требуется двигатель с мягкой характеристикой. Для большей части механизмов целлюлозно-бумажной промышленности требуется дви- гатель с жёсткой характеристикой.

3)кратность пускового момента. Например, к центробежному вен- тилятору или насосу нужен двигатель с небольшим пусковым моментом

МПУСК = (0,3 ÷ 0,6 МНОМ), а асинхронные двигатели имеют МПУСК ≥ 0,9

МНОМ.

Например, для каландра бумагоделательной машины требуется дви- гатель с МПУСК=4МНОМ, чему может удовлетворить лишь двигатель посто- янного тока с независимым возбуждением или двигатель постоянного тока

споследовательной обмоткой.

4)Требуется знать, нужно ли регулировать скорость, её пределы и степень плавности.

На величину потребной мощности большое влияние оказывает ха- рактер нагрузки, производственного механизма (длительная, повторно- кратковременная, кратковременная). Потребная мощность двигателя опре- деляется расчётом, исходя из условий предельного нагрева двигателя.

При работе двигателя в его магнитопроводе и обмотке выделяется тепло, в результате чего температура машины с течением времени повы- шается. Одновременно с нагреванием машины происходит отвод тепла в окружающую среду. В начале работы почти всё выделяемое тепло идёт на нагрев машины и температура его быстро возрастает. С повышением тем- пературы становится более интенсивным отвод тепла в окружающую сре- ду, рост температуры при этом постоянно замедляется. Наконец наступает момент, когда всё выделенное тепло передаётся в окружающую среду, температура двигателя достигает некоторого установившегося значения, соответствующего данной нагрузке.

201

Длительный режим подразделяют на два вида: а) режим с постоянной нагрузкой; б) режим с переменной нагрузкой.

Ктипу а) относятся элнектроприводы вентиляторов, насосов, ком- прессоров, транспортеров, текстильных станков и др.

Ктипу б) — электроприводы поршневых компрессоров, прокатных станов, токарных, фрезерных, сверлильных станков и др.

Кратковременным называется режим работы, при котором за время работы под нагрузкой, двигатель не успевает нагреться до установленного значения температуры, а за время паузы успевает охладиться до темпера- туры окружающей среды (рисунок 4).

Кратковременный режим работы характерен для электроприводов монтажных кранов, редко работающих точил, толкателей в сушилках, пе- чах непрерывного действия и т. п. Кратковременному номинальному ре- жиму работы соответствуют длительности периода неизменной номиналь- ной нагрузки в 10, 30, 60 и 90 мин.

Повторно-кратковременным называется такой режим, при котором методы работы регулярно чередуются с периодами пауз, причём за время работы под нагрузкой двигатель не успевает достигнуть установившейся температуры, а за время паузы не успевает охладиться до температуры ок- ружающей среды (рисунок 5).

Кмеханизмам с повторно-кратковременным режимом работы можно отнести металлообрабатывающие и деревообрабатывающие станки, краны, прокатные станы и т. д.

3.1.2.1Выбор двигателя по скорости вращения

Сувеличением скорости уменьшаются линейные размеры двигателя и вес. С уменьшением веса падает цена. Машиностроительные заводы стремятся изготавливать высокоскоростные двигатели, а именно со скоро- стью вращения 3000, 1500, 1000,750,600, 500 об/мин. Тихоходные машины

имеют худшие cosϕ и η.

Редукторы зубчатые имеют η= (96÷ 98)%.

3.1.2.2 Выбор конструктивного типа

Выбор конструктивного типа двигателя производится в зависимости от условий окружающей среды. Согласно ГОСТ двигатели изготавливают- ся следующего типа:

-открытые, у которых не имеется защитных приспособлений, пре- пятствующих соприкосновению с вращающимися и токоведущими частя- ми, а также попаданию внутрь двигателя посторонних предметов. Пример двигателя такого исполнения показан на рисунке 6, а;

-защищенные, у которых имеются специальные защитные приспо- собления в виде коробов, решеток и сеток. Каплезащищенные двигатели имеют устройства, предохраняющие их от попадания внутрь капель, па- дающих отвесно или под углом не более 60 градусов к вертикали; брызго- защищенные двигатели защищены от попадания внутрь брызг любого на- правления. Защитные устройства различного назначения не нарушают сво- бодного обмена воздуха между двигателем и окружающей средой. Пыль, влага и газы имеют свободный доступ внутрь защищенных двигателей. Пример такого двигателя показан на рисунке 6, б;

203

а б Рисунок 6 – Общий вид асинхронных двигателей различного исполнения:

а- открытого исполнения фирмы АВВ серии М2АА;

б– брызгозащищенный фирмы АВВ серии M3BPV для условий эксплуата- ции с повышенной температурой (до 90ºC), влажностью (до 100 %) и

наличием агрессивных сред

-закрытые, корпус которых закрыт со всех сторон достаточно плот- но, но не герметично. Они не имеют специальных отверстий для обмена воздухом между двигателем и окружающей средой. Различают взрывоза- щищенные, водозащищенные и герметичные двигатели. С большей герме- тизацией двигателей увеличиваются их масса и стоимость.

Накладывают свой отпечаток на конструктивное исполнение двига- телей различные способы вентиляции. Двигатели выполняются с естест- венной вентиляцией, самовентиляцией и независимой вентиляцией.

При естественной вентиляции двигатели не имеют каких-либо спе- циальных устройств для охлаждения. У двигателей с самовентиляцией ох- лаждение осуществляется вентилятором, смонтированным на валу двига- теля. При закрытом исполнении вентилятор устанавливается снаружи под колпаком и обдувает ребристую поверхность двигателя. Интенсивность охлаждения двигателей с естественной вентиляцией и самовентиляцией зависит от угловой скорости вала двигателя и ухудшается при ее сниже- нии.

Охлаждение двигателей при независимой вентиляции осуществляет- ся с помощью специального вентилятора, приводимого в движение допол- нительным двигателем. Пример двигателя данного типа показан на рисун- ке 7, а;

-взрывозащищенные, имеющий полную герметизацию. Пример двигателя взрывозащищенного исполнения показан на рисунке 7, б.

В сухих отапливаемых и не отапливаемых помещениях устанавли- ваются двигатели открытого и защищенного типа с нормальной изоляцией,

всырых помещениях – двигатели закрытого типа с нормальной изоляцией.