Перейти к содержанию

26.12.2011

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УСТАНОВКАХ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИВОДОВ

Совокупность двигателя, передаточного механизма и рабочей машины называют Производственным агрегатом Или Машинным устройством.

Электропривод — это электромеханическое устройство, при помощи которого приводятся в движение рабочие органы производственного агрегата. Понятие «электропривод», таким образом, объединяет электродвигатель, аппаратуру управления двигателем и передаточный механизм к рабочей машине.

Электропривод по числу машин, приходящихся на электродвигатель, принято подразделять на групповой, одиночный и многодвигательный.

Групповым электроприводом Называют привод, при котором от одного электродвигателя приводится в действие несколько машин при помощи одной или нескольких трансмиссий.

Одиночный привод Может быть простым одиночным или индиви дуальным. В простом одиночном электроприводе двигатель связан с машиной через какую-либо передачу. Примером такого привода может служить электропривод вакуум-насоса доильного агрегата.

В индивидуальном электроприводе электродвигатель органически входит в конструкцию рабочей машины, так что отдельные части электродвигателя одновременно являются частями рабочей машины. Иллюстрацией этому могут служить электрическая дрель, электрический вентилятор.

Многодвигательный электропривод Применяют в сложных машинах, где отдельные рабочие органы приводятся в действие отдельными Двигателями. Широко распространен многодвигательный привод в сложных металлообрабатывающих станках, прокатных станах, в машинах для приготовления комбикормов, инкубаторах и т. д.

По способу управления электроприводы могут быть разделены на следующие группы:

1) Неавтоматизированный, то есть управляемый вручную;

2) Полуавтоматизированный, Когда одна часть операций выполняется автоматически, а другая — вручную (например, включают двигатель вручную, а выключается он автоматически);

3) Полностью автоматизированный, То есть управляемый на всех режимах без непосредственного участия человека (например, двигатели, реагирующие на изменение температуры в инкубаторах и хранилищах, уровня воды в водонапорных башнях и т. п.).

При выборе электродвигателей для привода необходимо знать и уметь анализировать механические характеристики производственных механизмов (рабочих машин) и механические характеристики электродвигателей.

Механической характеристикой производственного механизма называют зависимость между частотой вращения П И моментом сопротивления Мс На его валу:

N = F(М) (1)

Механической характеристикой электрического двигателя

Называют зависимость его частоты вращения П От момента вращения МВр

N = F(MВр) (2)

При выборе двигателя для привода машины стремятся к тому, чтобы механические характеристики электродвигателя и рабочей машины соответствовали друг другу. Кроме того, двигатель должен удовлетворять ряду других требований производственного механизма: иметь достаточные пусковые и перегрузочные усилия и т. д.

Механические характеристики производственных механизмов (рис.1, а) разделяют на ряд категорий.

1. Не зависящая от частоты вращения Механическая характеристика (прямая ) означает, что момент сопротивления Мс Остается постоянным при изменениях частоты вращения. Такие характеристики имеют подъемные краны, лебедки, транспортеры с постоянной массой передвигаемого материала и т. п.

2. Прямолинейно возрастающая Механическая характеристика (прямая 2)-свидетельствует о линейной зависимости между моментом Мс И частотой вращения П. Подобная характеристика присуща, например, генератору с независимым возбуждением, который работает на постоянное сопротивление во внешней цепи.

3. Параболическая Механическая характеристика (кривая 3) Означает, что между моментом Мс И частотой вращения П Существует квадратичная зависимость. Такая характеристика свойственна центробежным насосам, вентиляторам и др.

Механические характеристики электрических двигателей

1. Абсолютно жесткая Механическая характеристика, при которой частота вращения двигателя совершенно не зависит от изменения момента на его валу (прямая 4), Отличает синхронные электродвигатели.

2. Жесткая Механическая характеристика, при которой частота вращения электродвигателя незначительно зависит от изменения момента на его валу (прямая 5), присуща электродвигателям постоянного тока с параллельным возбуждением и асинхронным электродвигателям (в пределах рабочей части их механической характеристики).

3. Мягкая Механическая характеристика, при которой частота вращения электродвигателя существенно зависит от момента на его валу (кривая 6), Свойственна, например, электродвигателям постоянного тока с последовательным возбуждением.

В установившемся режиме работы агрегата двигатель — рабочая машина момент сопротивления машины равен вращающему моменту электродвигателя при вполне определенной частоте вращения (рис1, в).

Если момент сопротивления на валу рабочей машины изменится, то автоматически изменятся вращающий момент и частота вращения электродвигателя, агрегат будет продолжать работать на новой частоте вращения, с новым значением момента.

При проектировании электропривода механическая характеристика производственного механизма обычно известна. Для получения устойчивой работы агрегата в нормальном режиме при определенных частотах вращения и моментах сопротивления производственного механизма необходимо подобрать двигатель с соответствующей механической характеристикой.

Различают также Естественные и искусственные механические характеристики электродвигателей.

Естественная Механическая характеристика представляет собой зависимость частоты вращения от момента в номинальнбм режиме.

При наличии дополнительного сопротивления в цепи якоря или Ротора электродвигателя, сниженном напряжении на обмотках зависимость частоты вращения от момента называют Искусственной Механической характеристикой.

2. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И ВЫБОР ЕГО МОЩНОСТИ

Нагрев электродвигателей и их тепловой режим — важнейшие факторы, определяющие предельную нагрузку на электродвигатель. Нагрев двигателя обусловливается потерями в обмотках, в железе статора и ротора, механическими потерями на трение.

При включении двигателя в работу его температура повышается до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие, при котором вся выделяющаяся в двигателе теплота передается окружающей среде, и температура двигателя достигает установившегося значения.

Рис.2. Характер нагрева электродвигателя в зависимости от нагрузки:

Рм — двигатель недогружен;

Рн — номинальная нагрузка ;

Рп— Дви гатель перегружен.

 

Характер нагрева электродвигателя в зависимости от нагрузк

На рисунке 2 характер нагрева двигателя (зависимость температуры двигателя от продолжительности работы) представлен графически. Допустимый нагрев электрических машин определяется в основном теплостойкостью изоляции.

В таблице 1 приведена классификация изоляционных материалов по теплостойкости и дана краткая их характеристика.

В зависимости от нагрузки электродвигателя его установившаяся температура может меняться в широких пределах. При номинальной нагрузке температура обмоток двигателя будет достигать максимально допустимого значения, установленного для данного класса изоляции.

Таблица1. Допускаемые температуры в наиболее нагретых точках проводников, аппаратов электрических машин при дли тельной работе

Класс Температура, Краткая характеристика основных групп
Нагревостойкости Характеризующая дан- Электроизоляционных материалов, соответствующих
Ный класс нагрево- Данному классу нагревостойкости
Стойкости, °С

У 90 Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и натурального шелка, не погруженные в жидкий электроизоляционный материал и не пропитанные им А 105 Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или натурального, искусственного и синтетического шелка, в рабочем состоянии пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал Е 120 Синтетические органические материалы (пленки, Волокна, смолы, компаунды и др.)

В 130 Материалы на основе слюды (в том числе на органиЧеских подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами F 155 Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолок на, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами, соответствующими данному классу нагревостойкости

Н 180 Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганиче-скими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры С Свыше 180 Слюда, керамические материалы, стекло, кварц или Их комбинации, применяемые без связующих или с неорганическими и элементоорганическими составами

♦ Слюдяные пропитанные ленты (ЛСЭП, ЛСК, ЛС, ЛСЭК), гибкий электроизоляционный териал — композиция из слюдинитовой бумаги, склеенной с двух сторон подложками и пропитанной электроизоляционными лаками или компаундами, применяются в электрических машинах аппаратах в качестве электроизоляционного материала.

(кривая Рн). В случае перегрузки температура двигателя значительно превзойдет допустимую (кривая Рп). При недогрузках температура двигателя будет меньше допустимой (кривая Рм). Длительная перегрузка недопустима по той причине, что изоляция может обуглиться и двигатель выйдет из строя.

Практически не представляется возможным замерить действительную температуру нагрева, поэтому введено понятие наибольшей наблюдаемой температуры, которая принимается на 10° ниже соответствующих максимально допустимых температур класса изоляции.

Режимы нагрузки.

На практике двигатель для рабочей машины можно подбирать по справочным данным или по рекомендациям завода—изготовителя машины. Эти рекомендации разработаны на основании проведенных технических расчетов и опытов и приведены в технической документации.

При выборе мощности электродвигателя для машины прежде всего учитывают характер нагрузки, которую будет нести электродвигатель. В зависимости от продолжительности и характера нагрузки принята следующая классификация режимов работы электродвигателя.

Продолжительным номинальным режимом (режим S1) работы (рис.3, А И Б) Называют такой режим, при котором неизменная нагрузка продолжается столько времени, что превышение температуры всех частей электродвигателя достигает практически установившегося значения. В подобном режиме работают двигатели привода насосов, вентиляторов, транспортеров.

Кратковременный номинальный режим (S2) работы Это такой режим, при котором периоды работы чередуются с периодами отключения (пауза), причем за рабочий период температура электродвигателя не успевает достигнуть установившегося значения, а за период паузы она снижается до окружающей температуры. Аналогичен характер работы, например, двигателей для привода задвижек или щитов на оросительных каналах или трубах.

Промышленность выпускает электродвигатели, рассчитанные на кратковременный режим с продолжительностью рабочих периодов 10, 30, 60, 90 мин.

Повторно-кратковременным номинальным режимом (S3) работы (рис. 3, г) называют такой режим, в котором двигатель ни в одном

Рис.3. Характер нагрузки и нагрева двигателя при длительном (а) и (б), кратковременном (в) и повтор­но-кратковременном (г) режимах работы.

 

характер нагрузки и нагрева двигателя

Из рабочих периодов не нагревается до установившегося значения температуры, а во время пауз не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Подобный режим работы характерен для некоторых станков, прессов, молотов и др. Электродвигатели этого режима рассчитаны на продолжительность включения (ПВ) 15, 25, 40, 60%, а продолжительность цикла принимают равной 10 мин.

Перемежающийся номинальный режим (S6) работы —это такой режим, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами холостого хода (паузами).

S4, S5 — это режимы с установленным числом включений в час, S7 — режим с установленным числом реверсов в час, S8 —режим с заданным числом циклов в час.

При выборе двигателя должен быть обязательно учтен режим, в котором ему предстоит работать. Так, специфику работы в повторно-кратковременном режиме (рис. 3, г) отражает коэффициент, называемый относительной продолжительностью включения:

ПВ=tp/ (tp+ tп ) * 100%, (3)

Где tp —продолжительность работы; tп — продолжительность паузы.

Поскольку двигатели, предназначенные для этого режима, рассчитаны на продолжительность цикла TuTp+Tn< 10 мин, их нельзя включать на длительное время при той мощности, которая указана в паспорте.

Если двигатель работает не с той продолжительностью включения, на которую рассчитан, его мощность отличается от номинальной.

Так, номинальная мощность двигателя АОС2-52-2 для ПВ — 25% составляет 13 кВт. При работе с ПВ = 15% он может быть загружен до 15 кВт; при ПВ = 40%-до 11,1 кВт, при ПВ = 60%-до 10,1 кВт, а если ПВ = 100%, то всего до 9,1 кВт.

Выбор мощности двигателя по нагрузочным характеристикам. Для машин, которые необходимо перевести на электропривод, двигатель можно подобрать по нагрузочным диаграммам. Диаграммы снимают каким-либо регистрирующим прибором (ваттметром, амперметром). Чтобы получить диаграмму для машины, вначале рекомендуется взять электродвигатель заведомо большей мощности и записать значения мощностей при холостом ходе и при полной нагрузке машины. Разница между этими значениями дает приближенное значение мощности, потребляемой машиной. Целесообразная мощность двигателя для данной машины составляет 1,1… 1,25 полученной в опыте.

Если характер нагрузки такой, как показано на рисунке 3, Б, То потребную мощность двигателя можно подсчитать по формуле:

Рдв = (1,1… 1,25) Рзкв; = (4)

Мощность (кВт) двигателя для привода насоса подсчитывают по формуле:

(20.5)

Где QПодача насоса, м3/с; // — общая расчетная высота подачи насоса, м; у — плотность жидкости (для воды У— 1000 кг/м3);г|нас, т|пер—соответственно КПД насоса и КПД передачи.

3. МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА ОТ ДВИГАТЕЛЯ К РАБОЧЕЙ МАШИНЕ

В сельскохозяйственных установках используются следующие виды передач: ременная, зубчатая, фрикционная, червячная, цепная, гибкий вал, жесткая муфта и т. д. Все передачи характеризуются передаточным числом /, показывающим, во сколько раз изменяется частота вращения.

Ременная передача передает вращение при помощи бесконечного ремня (плоского, клиновидного, круглого). Ее преимущества — простота, возможность передавать движенце на значительные расстояния, воспринимать колебания нагрузки. Недостатки— низкий КПД, небольшой срок службы.

При ременной передаче

Где DДиаметр шкива двигателя; DMДиаметр шкива машины; пм—частота вращения шкива машины; пдв— частота вращения шкива электродвигателя; К — Коэффициент проскальзывания ремня (обычно принимают равным 0,98).

Передаточное число ременной передачи может зависеть от взаимного расположения ведущего и ведомого шкивов.

На рисунке 4, А Изображены открытые передачи, ремень которых находится в одной плоскости, а шкивы вращаются в одном направлении. Для каждой передачи указано максимальное целесообразное отношение диаметров шкивов двигателя и машины. На рисунке 4, Б Показана передача, при которой ведущая и ведомая ветви ремня перекрещиваются и ведомый шкив вращается в направлении, обратном ведущему.

Рекомендуемое отношение диаметров шкивов в данном случае от 1 :6 до 6:1. На рисунке 4, В Изображена полуперекрестная передача, при которой оси валов расположены под углом, а шкивы вращаются в одном направлении. В этом случае отношение диаметров шкивов должно быть равно от 1 :3 до 3 : 1.

При использовании натяжных роликов (рис. 4, г), которые увеличивают угол обхвата, отношение диаметров шкивов можно довести До 1 : 10 (или 10 : 1).

Расстояние между шкивами может достигать 8 м в зависимости от ширины ремня и диаметров шкивов.

Плоские ременные передачи находят применение для транспортирования мощностей от 1 до 40 кВт при скорости ремня от 5 до 25 м/с.Большое значение имеет правильное соединение концов ремня. Кожаные и прорезиненные ремни лучше всего склеивать (первые — косой склейкой, а вторые — ступенчатой).

На рисунке показаны металлические соединения концов ремня: шарнирное на проволочных крючках (в) И «гребешком» (г) — При помощи закругленных угольников и болтиков. Сшивают ремни сыромятными ремнями и жильными нитями.

Следует следить за тем, чтобы ремень был правильно натянут, так как от этого зависит нагрузка двигателя и передаваемая мощность.

Клиноременная передача обладает относительно высоким КПД и применяется для передачи мощностей до нескольких сотен киловатт. Клиновые ремни выполняют только стандартной длины и площади сечения, из прорезиненной ткани. Недостатки клиноременной передачи—меньший срок службы ремней и сравнительно большая стоимость шкивов.

В зубчатых передачах, которые составляют из пар цилиндрических или конических шестерен, передаточное число редко бывает более 11,5.

Фрикционная передача предназначается для передачи вращательного движения с постоянным или переменным отношением угловых скоростей при помощи сил трения. По виду соприкасающихся звеньев различают цилиндрические, конические, сферические передачи. Применяют их в специальных устройствах, где требуется плавная регулировка частоты вращения.

Червячная передача позволяет передавать вращение под углом 90°. Передаточное число может доходить до 80, а в малонагруженных— до 300 и несколько более. Основной недостаток— низкий КПД.

Цепная передача состоит из закрепленных на валах звездочек, через которые перекинута бесконечная цепь. Эта передача обеспечивает точное постоянство передаточного числа при значительном расстоянии между валами (до 8 м).

В ряде случаев целесообразно применять двигатели с пристроенными редукторами (двигатель-редуктор). Для сельскохозяйственных потребителей разработаны двигатели-редукторы мощностью от 0,6 до 4,5 кВт с частотой вращения на выходном валу от 45 до 550 мин-1.

 

Поделитесь своими мыслями, оставьте комментарий.

(required)
(required)

Внимание: HTML допускается. Ваш e-mail никогда не будет опубликован.

Подписка на комментарии

*