2 Спеціальна частина

2.1 Види електродвигунів для електроприводу промислових механізмів

Розглянемо класифікацію електричних машин по принципу дії, згідно з яким усі електричні машини поділяються на без колекторні та колекторні. Без колекторні машини – це машини змінного струму. Вони поділяються на асинхронні та синхронні. Асинхронні двигуни використовуються переважно в якості двигунів, а синхронні – як в якості двигунів, так і в якості генерато­рів. Колекторні машини використовуються головним чином для роботи на постійному струмі в якості генераторів чи двигунів. Лише колекторні ма­шини невеликої потужності робляться універсальними двигунами, здатними працювати як від змінного струму, так і від постійного струму.

Електричні машини одного принципу дії можуть відрізнятися за схемами підключення чи іншими ознаками, що впливають на експлуатаційні власти­вості цих машин. Наприклад, асинхронні та синхронні машини можуть бути трьохфазними, конденсаторними чи однофазними. Асинхронні двигуни в за­лежності від конструкції обмотки ротора поділяються на двигуни з коротко замкнутим (КЗ) та фазним ротором. Синхронні та колекторні машини в зале­жності від способу створення в них магнітного поля збудження поділяються на машини з обмоткою збудження та машини з постійними магнітами.

Область використання АД: привода промислових механізмів; системи пе­редачі кута, привода синхронного обертання; в системах керування, регулю­вання та контролю; привода заслінок, стрічкових конвеєрів, підйомо-транс­портних механізмів та в інших механізмах.

Синхронні машини – це безконтактні машини змінного струму. По своєму устрою вони відрізняються від АД лише конструкцією ротора, який може бути явно полюсним чи неявно полюсним. Головною особливістю синхро­нної машини є синхронна частота обертання ротора при будь-якому наван­таженні, а також можливість регулювання коефіцієнту потужності. Його мо­жна встановити таким, щоб робота машини була максимально економічною.

Синхронні генератори (СГ) становлять основу електротехнічного облад­нання електростанцій, тобто майже вся електроенергія виробляється СГ.

Синхронні двигуни (СД) використовуються головним чином для приводу пристроїв великої потужності. В великих електроенергетичних установках синхронні машини використовуються в якості компенсаторів – генераторів реактивної потужності, дозволяючи підвищити коефіцієнт потужності всієї установки.

Характерною ознакою машини постійного струму (МПС) є наявність в ній колектора - механічного перетворювача змінного струму в постійний.

Основні переваги двигунів постійного струму над без колекторними дви­гунами змінного струму - кращі пускові та регулювальні властивості, мож­ливість отримання частоти обертання більше 3000 об/хв., а недоліки – відно­сно велика вартість, складність в виготовленні та знижена надійність.

Вони широко використовуються в електричній тязі (робочі електродвигуни на електровозах, приміських електропоїздах, міському електротранспорті, мет­рополітенах), де потребуються м’які механічні характеристики та ши­рокі межі регулювання частоти обертання. Так звані кранові ДЕС. Часто за­стосовуються у приводі різноманітних підйомних механізмів де потребу­ються такі ж властивості. За допомогою потужних двигунів постійного струму (до 12000кВт) приводять у дію прокатні стани.

Висновок: Для електропривода механізмів циклічної дії необхідно виб­рати ДПС краново-металургійної серії, який працює в повторно-короткоча­сному режимі.

2.2 Попередній розрахунок потужності електродвигуна

Мета розгляду даного питання - попередній розрахунок та вибір електродвигуна, визначення його типу та параметрів.

Задачі поставлені даним питанням: на основі вихідних даних попередньо розрахувати потужність електродвигуна та користуючись каталогами виб­рати попередньо тип, та описати його параметри.

Потужність двигуна визначається на підставі навантажувальної діаграми механізму. Для побудови навантажувальної системи механізму необхідно розрахувати час зупинок механізму. Приймаємо для розрахунку час зупинки t₁ і t₂ рівні між собою.

Розраховуємо час циклу.

Розраховуємо час пауз у роботі механізму

(2.3)

звідси c (2.4)

Оскільки прийнято, що t_п1 = t_п2 тоді

Будуємо діаграму навантажень механізму (дивись рисунок 2.1)

Рисунок 2.1. – Навантажувальна діаграма

Визначаємо статичний еквівалентний момент на валу механізма

де М_с1 - більший статичний момент навантаження згідно з завданням на проектування, ;

t_р1 - час роботи двигуна з меншим навантаженням, с;

М_с2 - бiльше навантаження двигуна на протязі циклу, ;

t_р2 - час роботи двигуна в циклі з бiльшим навантаженням, с.

Еквівалентна потужність на валу виконавчого механізму визначається

(2.7)

де _р – робоча швидкість електродвигуна згідно з завданням, рад/с.

Визначаємо еквівалентну потужність на валу двигуна

де _п – ККД передаточного пристрою згідно з завданням.

Визначаємо розрахункову потужність на валу ел.двигуна

(2.9)

де К_з=1.1...1.3 – коефіцієнт запасу, який враховує вплив динамічних моме­нтів та інших неврахованих факторів.

Приведення розрахованої потужності до стандартного значення тривало­сті включення вказані в каталогах на двигуни та визначається по формулі

де ТВ_м=ТВ_двиг - тривалість вмикання двигуна в циклі. Береться згідно довiдникових даних на двигуни постійного струму.

ТВ_ст. - стандартне значення ТВ, вказане в каталозі.

По каталогу вибираємо ДПС iз шунтовою обмоткою збудження, який має данні: Р=22 кВт; n_н=650 об/хв., ;

Висновок: Попередні вибір двигуна по потужності показує, що для приводу механізму циклічної дії може бути використаний двигун марки Д-806.

2.3 Приведення статичних моментів та моментів інерції до вала електродвигуна

Визначається передаточне число редуктора:

ККД передаточного пристрою при дії моменту М_с1 приймається рівним згідно завдання η_н=0,65

ККД передаточного пристрою _н2 при дії моменту М_с2 визначається по кривим залежності ККД від функції К_з.

Визначаємо приведене значення першого статичного моменту наванта­ження

Визначаємо приведене значення другого статичного моменту наванта­ження

Визначаємо приведене значення моменту інерції першої системи вала

де- момент інерції обертових мас двигуна згідно з довідником;

J_cм1 - момент інерції першої з’єднувальної муфти;

J_р1 - момент інерції згідно з завданням (дивись таблицю 1.1);

J_см2 - момент інерції обертових мас другої з’єднувальної муфт:

Визначаємо приведений момент інерції другої муфти вала виробничого механізму

Час пуску двигуна при дії статичного моменту М_с1

де _п - початкова швидкість розгону

Визначається час пуску двигуна при статичному моменті М_с2

Визначаємо час гальмування двигуна при дії М_с1

Визначаємо час гальмування двигуна при дії М_с2

2.4 Перевірка двигуна по перевантажувальній здатності

Для цього визначаємо найбільший приведений до вала двигуна момент з наступних міркувань

Двигун проходить по перевантажувальній здатності якщо взятий найбіль­ший момент із вище приведеного ряду вдовольняє умові:

;

Висновок: Якщо вище приведена умова дотримується, то двигун типу Д-806 про­ходить по перевантажувальній здатності, якщо ж ні - то необхідно взяти дви­гун найближчої більшої потужності.

2.5 Розрахунок та побудова механічної характеристики електродвигуна в різних режимах роботи

Однiєю з найважливіших умов роботи електроприводу є визначення стій­кості роботи електроприводу при порушенні нормального режиму роботи.

Механічною характеристикою називається залежність швидкості обер­тання від величини статичного моменту на валу.

У електродвигунів розрізняють наступні види механічних характеристик (дивись рисунок 2.2)