3.3. Электрические двигатели

В приводах строительных машин применяют электродвигатели переменного и постоянного тока.

6

Рис. 3.6. Типовые графики внешней на­грузки, приведенные к валу двигателя: а — при спокойной внешней нагрузке; б — при значительном повышении внешней на­грузки

Асинхронные электродвигатели переменного тока, короткозам- кнутые и с фазным ротором, называют также двигателями с кон­тактными кольцами. Они обычно питаются от электросети напря­жением 220 и 380 В с нормальной частотой 50 Гц. Эти двигатели конструктивно просты, дешевы, надежны и удобны в эксплуата­ции. Их недостатком является высокая чувствительность к колеба­ниям напряжения в питающей сети. Типовая механическая харак­теристика 3 асинхронного электродвигателя показана на рис. 3.7, где через Г и л, как и прежде, обозначены соответственно враща­ющий момент и частота вращения вала двигателя. Считается, что Двигатель работает на естественной механической характеристи­ке, если он включен в сеть с напряжением и частотой, соответ­

ствующими указанным в его паспорте, а также если в его электрическую схему не вклю­чены дополнительные сопро­тивления. В противном случае получаем искусственную меха­ническую характеристику. Рабо­чим является участок механи­ческой характеристики между точками с координатами (Т= 0; я = я₀) и (Т= Т_к\ п = и_к). Мо­мент Т = Т„ и частота враще­ния п = п_н на этом участке яв­ляются номинальными, соот­ветствующими наибольшему ресурсу двигателя. Перегрузоч­ная способность асинхронных двигателей общего назначения определяется отношением максимального момента Т_к к номи­нальному Т_И на естественной характеристике: кп_ер= Т_К/Т„ состав­ляет 1,7... 2,0 (для короткозамкнутых двигателей до 2,4), а для дви­гателей кранового типа — 2,3... 3,0. Частота вращения вала двигате­ля я на рабочем участке механической характеристики изменяется незначительно, в связи с чем естественную механическую характе­ристику асинхронного двигателя можно считать жесткой.

Момент Т_п при я = 0 называют пусковым. Его отношение к но­минальному моменту Т„ для короткозамкнутых двигателей обще­го назначения составляет 1,0... 1,9, а для двигателей кранового типа 2,3...3,0. Для двигателей с фазным ротором это отношение составляет 0,5... 1,5, тогда как пусковой ток превышает номиналь­ный в 5 —7 раз. Для уменьшения пускового тока этих двигателей в цепь обмотки ротора с помощью реостата включают дополнитель­ные сопротивления. Каждому сопротивлению в цепи ротора соот­ветствует своя искусственная механическая характеристика, на­зываемая также реостатной.

1 > ^/х 1 ^ \ 1	\3
\ 1 2 !Ч А j\	В' \	с
| 1 I —7>ц™ •		\ 1 \ . 1 \
!		V 1 ЛАЯ 1 \Л
1 1 1 1

Т Т_к

Т_к Т\ T_D

о

п_кя»

Рис. 3.7. Естественная (3) и пусковые (реостатные) (/ и 2)характеристи­ки асинхронного электродвигателя

л,я„ и„

Так, например, при включении в цепь ротора двух пусковых сопротивлений, которым соответствуют искусственные характе­ристики 7 и 2, момент при пуске будет изменяться от Т_{ до Т₂, которые называют моментами отсечки. После включения двигателя он будет работать на характеристике 1. При этом момент будет умень­шаться от Т_А (не обязательно совпадающего с Т₂) до Т_и а частота вращения вала увеличиваться от нуля до я_в. При достижении по­следнего сопротивление, соответствующее характеристике 1, авто­матически отключается, вследствие чего момент увеличивается до значения Т=Т₂ с переходом на реостатную характеристику 2. При этом двигатель разгоняется до частоты п_с с одновременным

уменьшением момента до Т= Т_и а после отключения второго со­противления переходит на естественную характеристику 3 в точ­ке С' с координатами (Г₂; п_с). Пуск заканчивается по достиже­нии точки на естественной характеристике с моментом, равным моменту внешних сопротивлений T_D. Маршрут пуска показан на рис. 3.7 стрелками. Обязательным условием пуска является усло­вие Т\ > T_D. В противном случае уже на первом этапе (участок АВ) частота п = л_в не будет достигнута, а, следовательно, первое со­противление не будет отключено, и дальнейшая работа возможна только на искусственной характеристике 2. При необходимости указанное условие обеспечивается снижением момента T_D, в част­ности, путем отключения трансмиссии или исполнительного ме­ханизма от двигателя.

Искусственные характеристики, обладающие меньшими жест- костями по сравнению с естественной характеристикой, могут быть также использованы в качестве рабочих характеристик, ког­да необходимо плавно изменять скорости рабочих движений. Ко- роткозамкнутые двигатели запускаются и работают только на ес­тественной характеристике.

В приводах грузоподъемных машин для плавной посадки гру­зов, например, на монтаже конструкций, а также для ускоренно­го опускания грузозахватных устройств, применяют двухскорост- ные асинхронные двигатели с соотношением скоростей 2:1; 8:3; 3:1; 10:3.

Ручные машины с электрическим приводом подключают к элек­тросети через преобразователи частоты с 50 на 400 Гц, что позво­ляет уменьшить их массу в 3,5 раза. Часто в приводах ручных ма­шин используют однофазные коллекторные электродвигатели с вы­сокой удельной мощностью на единицу массы и мягкой механи­ческой характеристикой. Коллекторные двигатели мало чувстви­тельны к колебаниям напряжения в питающей сети, устойчиво работают в режиме частых пусков, могут включаться в сеть без преобразователей. К их недостаткам можно отнести: высокую сто­имость и необходимость их обслуживания специалистами высо­кой квалификации.

Электродвигатели постоянного тока обеспечивают большую плавность пуска и торможения механизмов по сравнению с дви­гателями переменного тока. На рис. 3.8, а представлены механи­ческие характеристики приводов, работающих по системе трех- обмоточный генератор — двигатель. Они применяются, в част­ности, на экскаваторах средней мощности. Форма характеристи­ки может быть изменена соответствующим подбором ампер-вит­ков трех обмоток генератора: независимой, шунтовой и сериес- ной. На рис. 3.8, # показана механическая характеристика приво­да постоянного тока по системе генератор — двигатель с элект­ромашинными усилителями, применяемого на экскаваторах боль-

т

т

Рис. 3.8. Механические характеристики приводов постоянного тока

о

п

б

а

шой мощности. Такие характеристики имеют участки малой и повышенной жесткости, что позволяет применять их как в при­водах рабочих органов или исполнительных механизмов, требу­ющих плавности изменения скоростей рабочих движений, так и при стабильной скорости, независящей от изменения внешней нагрузки.

Контрольные вопросы

1. Что такое привод машины? Из чего он состоит?

2. Обоснуйте преимущественное применение строительных машин с автономными двигателями перед машинами, работающими от внешней энергетической сети. В каких производственных условиях для привода строительных машин используют энергию электро- и пневмосети? В ка­ких случаях для привода малых машин применяют компрессоры?

3. Что такое силовая установка машины? Из чего она состоит? Приве­дите пример.

4. Перечислите виды механических трансмиссий.

5. Какие трансмиссии передают движение с преобразованием энер­гии в другие формы, отличные от механической? Какие устройства обес­печивают эти преобразования?

6. Приведите классификацию трансмиссий для привода нескольких рабочих органов или исполнительных механизмов. Какой вид привода имеет преимущественное применение в строительных машинах? Обо­снуйте ответ.

7. Какими основными показателями оценивают эффективность при­вода строительных машин?

8. От чего зависит внешнее сопротивление на рабочем органе? Каков характер этого сопротивления? Приведите примеры.

9. Что такое сопротивление движению рабочего органа? Из чего оно складывается? Что является источником динамического сопротивления? Как влияет на его формирование механическая характеристика приво­да? Как влияет динамическая составляющая на общее внешнее сопро­тивление?

10. Что такое жесткость механической характеристики привода? Ка­кие характеристики называют жесткими? мягкими?

11. Какими показателями пользуются для характеристики режимов работы машин и их механизмов? Приведите классификацию режимов.

12. Что такое коэффициент перегрузочной способности привода?

13. Какую энергию преобразуют двигатели внутреннего сгорания в механическое движение?

14. Какие типы двигателей внутреннего сгорания применяют в при­водах строительных машин? На каких видах топлива они работают?

15. Что такое рабочий цикл или рабочий процесс двигателя внутренне­го сгорания? Что такое такт? Опишите рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Чем отличается от него рабочий цикл дизеля?

16. Для чего в конструкциях двигателей внутреннего сгорания приме­няют несколько рабочих цилиндров? Каков порядок их работы?

17. Каково назначение маховика в конструкции двигателя внутренне­го сгорания?

18. Назовите способы запуска двигателей внутреннего сгорания. Ка­кие для этого применяют устройства? Чем обусловлен затрудненный за­пуск двигателей внутреннего сгорания при низкой температуре окружа­ющего воздуха? Какие устройства применяют для облегчения запуска?

19. Какими основными показателями характеризуют работу двигате­лей внутреннего сгорания? Что такое удельный расход топлива, эффек­тивный КПД? Каковы их значения для дизелей и карбюраторных двига­телей?

20. Что такое механическая характеристика двигателя внутреннего сго­рания? Из каких ветвей она состоит? Как получаются промежуточные скоростные характеристики? Назовите характерные точки внешней ме­ханической характеристики. Что такое коэффициент перегрузочной спо­собности, каково его значение для дизелей?

21. Какая ветвь механической характеристики двигателя внутреннего сгорания является рабочей? К какому виду по жесткости она относится? Как влияет характер изменения внешней нагрузки во времени на поло­жение текущей точки на механической характеристике? Какие участки механической характеристики предпочтительны и почему?

22. Какие типы электрических двигателей применяют в приводах стро­ительных машин?

23. Назовите параметры электрической сети для питания двигателей переменного тока.

24. Какими преимуществами и недостатками обладают асинхронные двигатели?

25. Приведите механическую характеристику асинхронного электро­двигателя и опишите ее характерные точки. Что такое естественная и искусственная механические характеристики? Какой участок механиче­ской характеристики считается рабочим, к какому виду по жесткости он относится? Каковы значения коэффициента перегрузочной способно­сти асинхронных двигателей?

26. Что такое пусковой момент асинхронного двигателя? Каковы его значения для двигателей короткозамкнутых и с фазным ротором? Для чего в цепь ротора фазного двигателя включают дополнительные сопро­тивления? Какие механические характеристики им соответствуют? Опи­шите запуск электродвигателя с фазным ротором с использованием пус­ковых сопротивлений.

27. Для чего в приводах грузоподъемных машин применяют двухско- ростные электродвигатели?

28. Какие электродвигатели применяют в приводах ручных машин? Каковы их особенности?

29. Какие типы двигателей постоянного тока применяют в приводах строительных машин? Каковы их механические характеристики? Чем ограничено их применение?