Двигатели, применяемые в электроприводе

 

Двигатели, применяемые в электроприводе разделяются на две группы:

двигатели, предназначенные для привода механизмов длительного режима работы с неизменной (мало меняющейся) нагрузкой;

двигатели, работающие в динамических режимах.

Первая группа двигателей предназначена для следующих механизмов: насосы, вентиляторы, компрессоры, насосы, воздуходувки, транспортеры, дробилки, сушилки и т.д. Это электрические машины общего назначения: асинхронные двигатели серий АИ, 2АИ, АИР, 4А, двигатели постоянного тока серий 4П, 2П, П, синхронные двигатели СДН, СДН3, СДК, СДКП.

Вторая группа двигателей предназначена для механизмов с частыми пусками, торможениями, реверсами и большой частотой включения. Как правило, это механизмы кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы (подъемники, лебедки, краны, лифты, манипуляционные механизмы роботов и т.д.).

Наиболее характерными для промышленных электроприводов являются три режима работы.

Продолжительным номинальным режимом работы (S1) электрической машины называется режим ее работы при неизменной нагрузке такой продолжительностью, что превышения температуры всех частей машины достигают установившихся значений. [1]

Кратковременным номинальным режимом работы (S2) электрической машины называется режим, при котором период неизменной нагрузки чередуется с периодом отключения машины, при том периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры машины могли достигнуть установившихся значений, а периоды отключения настолько длительны, что все ее части охлаждаются до температуры охлаждающей среды. Для кратковременного режима работы рекомендуются продолжительности рабочего периода tр 15, 30, 60, 90 мин.

Повторно-кратковременным номинальным режимом работы (S3) называется режим работы электрической машины, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки - рабочие периоды - чередуются с периодами отключения машины - паузами, причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры частей машины могли достигнуть установившихся значений. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения.

Для центрифуг периодического действия характерно то, что момент инерции центрифуг может в 50-100 раз превышать момент инерции двигателя, причем в процессе работы центрифуги значение его изменяется в широких пределах в связи с выделением жидкой фазы из обрабатываемого продукта. Это характерно для всех центрифуг периодического действия.

Для центрифуг периодического действия при расчете мощности электродвигателя необходимо учитывать динамические моменты, возникающие при переходных процессах и составляющие при больших моментах инерции центрифуг весьма значительную величину. Для центрифуг периодического действия широко применяются многоскоростные АД.

Выполним операцию приведения моментов сопротивления, действующих на центрифугу, к валу двигателя.

Статический момент на валу рабочей машины, приведенный к валу электродвигателя, без учета потерь в передаче определяется выражением:

 

,

 

где Мм - момент сопротивления на валу рабочей машины;

j - передаточное число.

автоматизированный электропривод центрифуга двигатель

Передаточное число рассчитаем из условия соблюдения соответствия максимальных скоростей электродвигателя и механизма с учетом регулирования, то есть максимальная скорость вращения центрифуги за цикл работы должна соответствовать номинальной скорости вращения двигателя.

 (3.1)

 

для механизма

 

 (3.2)

 

Приведем моменты к валу электродвигателя:

 

, ,

 

Кинематическая схема:

 

 

4. Расчет динамических моментов и построение упрощенной нагрузочной и скоростной диаграммы электропривода

 

Нагрузочная диаграмма электропривода представляет собой зависимость электромагнитного момента М, тока I или мощности Р от времени. В тех случаях, когда момент и ток связаны линейной (или примерно линейной) зависимостью, обычно нагрузочную диаграмму строят для момента, который определяют из основного уравнения движения электропривода:

 

, (4.1)

 

где МС - статический момент на валу двигателя;

Мдин - динамический момент электропривода;

JΣ - суммарный момент инерции электропривода, кг·м².

Динамический момент электропривода Мдин определим приближенно, принимая линейным закон изменения скорости, т.е.

 

, (4.2)

 

где ωуст - установившаяся скорость двигателя на данном участке скоростной диаграммы, рад/с;

tп. т. - время пуска (торможения), с;

εдоп - допустимое угловое ускорение (замедление), рад/с

В нашем случае допустимое ускорение выберем, исходя из обычных условий запуска двигателя:

 

 (4.3)

 

Определим угловое ускорение. Для этого предположим, что время разгона нашего двигателя до номинальной скорости будет равно 5 секунды, тогда:

Определим суммарный момент инерции электропривода:

 

, (4.4)

 

где δ=1,15÷1,3 - коэффициент, учитывающий момент инерции вращающихся масс передаточного механизма;

Jдв - момент инерции ротора двигателя;

Jмуф - момент инерции соединительной муфты, тормоза и других частей механизма, непосредственно связанных с валом двигателя;

Jм - момент инерции вращающихся частей механизма;

j - передаточное число редуктора;

m - масса поступательно движущихся частей механизма, кг;

ρ - радиус приведения.

В нашем случае суммарный момент инерции будет равен:

 

, при

 

Далее определим моменты на каждом интервале нагрузочной диаграммы работы центрифуги. Исходя из основного уравнения электропривода:

 

 (4.5),

 

В соответствии с заданным циклом работы электропривода, рассчитаем три момента системы:

 

,

 

Естественный останов двигателя после выключения обеспечивает тормозной момент . Время естественного останова двигателя принимаем 10 с. Тогда имеем:

 

 

 - ускорение естественного останова электродвигателя;

 - динамический момент естественного торможения электродвигателя;

 - время остановки двигателя после выключения.

На основе произведенных расчетов строим упрощенную нагрузочную и скоростную диаграмму электропривода.

 

t= [0 5 5 39 39 42 42 74 74 76 76 92 92 102 102]

y= [1013 1013 950 950 563 563 500 500 2493 2493 2430 2430 2398 2398 0]

 

figure (1)

subplot (2,1,1)

plot (t,y)

xlabel ('t')

ylabel ('M')

title ('Nagruzochnaia diagramma')

T= [0 5 39 42 74 76 92 102]

R= [0 180 180 1240 1240 70 70 0]

figure (1)

subplot (2,1,2)

plot (T,R)

xlabel ('t')

ylabel ('w')

title ('Skorostnaia diagramma')

 

Рисунок.4.1 Упрощенная нагрузочная и скоростная диаграмма электропривода.