.

Електричний привід (електродвигуни) (науковий реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
12 14959
Скачать документ

Науковий реферат

Електричний привід (електродвигуни)

Класифікація електроприводів та характеристика основних серій двигунів

Електроприводом називається частина виробничого агрегату, призначена для
приведення в дію робочої ма-Шини та керування її роботою. Вона
складається з перетворювача електричної енергії, електродвигуна,
передавального механізму та апаратури керування.

Перетворювачі електричної енергії використовують для регулювання
напруги, частоти або випрямлення змінного струму, що дає можливість
регулювати частоту обертання електродвигуна і змінювати вигляд його
механічної характеристики. Електроприводи з перетворювачами електричної
енергії використовують в вентиляційних установках, ручних
електроінструментах; більшість сільськогосподарських машин не потребують
регулювання частоти обертання.

За кількістю електродвигунів, встановлених на одній робочій машині,
електроприводи поділяються на одиночні та багатодвигунні.

При одиночному електроприводі кожну робочу машину приводить у рух
окремий електродвигун. У простому одиночному електроприводі
використовують електродвигун загального призначення, а в індивідуальному
— електродвигуни, спеціально пристосовані до машини. Інколи окремі
частини електродвигуна одночасно є і робочими органами робочої машини.
До таких електроприводів належать електрорубанок, електродрель, деякі
типи центрифуг тощо.

Багатодвигунний електропривод зустрічається в складних машинах, у яких
окремі робочі органи приводяться в рух своїми електродвигунами. Широко
застосовують багатодвигунний електропривод у складних металообробних
верстатах, зерноочисних, кормоприготуваль-них та інших машинах.

Залежно від системи керування електроприводи поділяються на
автоматизовані і неавтоматизовані. Самі електродвигуни виготовляються
регульовані і нерегульовані.

Трифазні асинхронні двигуни з фазним ротором серії АК і АОК. мають
хороші пускові властивості, але вони на 30—50% дорожчі від двигунів з
короткозамкнутим ротором, мають трохи нижчі ККД та соз Механічні характеристики електродвигунів Механічною характеристикою електродвигуна називається залежність частоти обертання його вала від обертаючого моменту, який він розвиває n=f(М). У всіх електродвигунах, за винятком синхронних, у двигунному режимі роботи при збільшенні моменту навантаження на валу частота обертання зменшується, а в гальмівних режимах при збільшенні частоти обертання гальмівний момент зростає. У різних двигунах призміні навантаження на валу частота обертання змінюється неоднаково. Залежно від того, наскільки змінюється частота обертаний двигуна при зміні навантаження на його валу, механічні характеристики поділяються на абсолютно тверді, тверді та м'які Абсолютно твердою називається механічна характеристика двигуна, частота обертання якого не змінюється при зміні навантаження на його валу. Таку характеристику мають синхронні електродвигуни. Тверду характеристику має двигун, що мало змінює свою частоту обертання при зміні навантаження на валу в широких межах. До них відносяться електродвигуни постійного струму з паралельним збудженням та асинхронні. М'яка характеристика у двигунах, в яких при невеликому збільшенні навантаження на валу значно зменшується частота обертання (електродвигуни постійного струму послідовного збудження) . Розглянемо детальніше механічні характеристики асинхронних електродвигунів. Рівняння обертаючого моменту асинхронного двигуна має вигляд: (1) де М — обертаючий момент на валу двигуна, Нм; Ммакс — максимальний момент двигуна, Нм; Sk — критичне ковзання (ковзання при максимальному моменті на валу двигуна) ; S — ковзання; q— коефіцієнт. Величина ковзання S показує, наскільки ротор відстає від частоти обертання магнітного поля статора: (2) де n — частота обертання ротора, об/хв; n0 — частота обертання магнітного поля статора, об/хв; об./хв. (3) тут f — частота струму (f=50 Гц) ; р — число пар лолюсів. Ковзання при роботі електродвигуна у двигунному режимі змінюється від одиниці (при нерухомому роторі) до нуля (коли ротор обертається синхронно з магнітним полем статора). Значення Ммакс, Sk і д з формулами (1) можна визначити за каталожними даними двигуна: (4) — кратність максимального моменту; Мн — номінальний момент двигуна: (5) тут Рн — номінальна потужність, кВт; nн — номінальна частота обертання, об/хв. Критичне ковзання обчислюють за формулою: (6) (7) ; — відношення кратностей максимального і пускового моментів; — кратність пускового моменту (наводиться в каталозі). Для механічної характеристики асинхронного двигуна (рис. 21) є такі характерні точки: А (S=0, М=0) синхронного холостого ходу (частота обертання ротора дорівнює частоті обертання магнітного поля статора) ; 'В (S=SН, М=МН)-номінального режиму роботи; С (5=5к,М = ММакс) — максимального моменту; Д S = 1, М=0) —характеризує значення моменту двигуна на початку пуску. Вид механічної характеристики і відповідно величина пускового Мп і максимального Ммакс моментів, критичного ковзання 5К, пускового струму ^п, коефіцієнта корисної дїі (ККД) і коефіцієнта потужності (соs ?) залежить від конструкції ротора двигуна. Ротор у асинхронному двигуні може бути короткозам-кнутий і з фазною обмоткою. Короткозамкнутий ротор в свою чергу виготовляють з обмоткою у вигляді звичайної або подвійної клітки та з глибоким пазом. Короткозамкнуті двигуни загального призначення виконують з обмоткою ротора у вигляді звичайного білячого колеса. Вони мають великий пусковий струм Iп= = (6 — 7)/н і порівняно малий пусковий момент Мп=(1,0-1,8) Mн. Якщо короткозамкнуті двигуни виготовляють з подвійною білячою кліткою, то вони відзначаються підвищеним пусковим моментом Мп— (1,7— 1,8)Мп, великою перевантажувальною здатністю ММакс = 2,2 Мн, невеликим ковзанням, меншим, ніж у двигунах загального призначення, пусковим струмом ККД і соs ?. Короткозамкнуті електродвигуни з глибоким пазом ротора порівняно з двигунами загального призначення мають більші пусковий та максимальний моменти, менший пусковий струм і значно більше номінальне ковзання. Механічні характеристики електродвигунів поділяють на природні та штучні. Характеристика, одержана при номінальних значеннях напруги і частоти струму живлення та при відсутності додаткових (зовнішніх) .опорів у колах статора і ротора двигуна, називається природною, а всі інші— штучними. Природні механічні характеристики основних електричних модифікацій короткозамкнутих двигунів зображено на рисунку 22. У асинхронних двигунах з фазним ротором штучні механічні характеристики одержують шляхом вмикання в коло обмотки ротора додаткових зовнішніх опорів. При збільшенні величини додаткового опору пусковий струм двигуна зменшується, ковзання зростає, а пусковий момент спочатку зростає, а потім, при дальшому збільшенні опору, починає зменшуватися. Максимальний момент залишається однаковим. Обертаючий момент асинхронного двигуна прямо пропорціональний квадрату напруги. Так, якщо напруга в мережі знизиться на-20% і дорівнюватиме 0,8 Uн, момент двигуна становитиме 0,82МН=0,64 Мн, тобто зменшиться на 36%. На роботу асинхронних двигунів впливають також ступінь несиметрії напруги і відхилення частоти від номінальної. Зниження напруги та частоти струму в мережі і збільшення несиметрії напруги призводить не-тільки до зниження продуктивності робочої машини, але й до перегрівання двигуна, що скорочує строк його служби. Тому згідно з діючими ГОСТами найбільше відхилення напруги на затискачах двигуна від номінальної не повинно перевищувати 7,5%, відхилення частоти — 0,2%, а -ступінь несиметрії напруги— 0,4%. Асинхронні двигуни можуть працювати в двигунному і гальмівному режимах. Для них можливі три види електричного гальмування: рекуперативне, противмикан-ням і динамічне. Рекуперативне гальмування має місце у випадку, коли електродвигун, увімкнений у мережу, під дією робочої машини обертається з частотою, більшою, ніж синхронна. При цьому електродвигун працює як генератор, перетворюючи механічну енергію ротора або робочої машини в електричну енергію, яка віддається в мережу. Такий метод гальмування економічно вигідний. Механічна характеристика при рекуперативному гальмуванні є продовженням характеристики дви-гунного режиму в II квадранті (рис. 23, а). Гальмування противмиканням здійснюється обертанням ротора в напрямку, протилежному обертанню магнітного поля статора. Таке гальмування відбувається, наприклад, при гальмівному спуску вантажу, коли ротор двигуна під дією вантажу обертається проти напрямку магнітного поля статора (рис. 23, б). Гальмування противмикання виникає при перемиканні двох фаз обмотки статора. При цьому ротор двигуна за інерцією деякий час буде продовжувати обертатить у попередньому напрямку, в той час як напрямок обертання поля статора змінився, в результаті виникає гальмівний момент. Після зупинки ротора двигун треба вимкнути з мережі, щоб він не почав обертатися у протилежному напрямку. Механічна характеристика при такому гальмуванні знаходиться у II квадранті (рис. 23, в). Для динамічного гальмування (рис. 23, г) на обмотку статора двигуна подають постійний струм. Треба мати на увазі, що опір обмоток статора при живленні їх постійним струмом значно менший, ніж при змінному струмі. Тому для обмеження сили струму до них підводять знижену напругу (не більше 10% номінальної напруги змінного струму). При такому гальмуванні двигун працює в режимі синхронного генератора, але на відміну від рекуперативного енергія гальмування не віддається в мережу, а витрачається на нагрівання ротора двигуна. Пуск асинхронних електродвигунів Обмотки фаз статора асинхронного електродвигуна з'єднують зіркою або трикутником залежно від напруги мережі та номінальної напруги двигуна. Початок та кінець виводів обмоток статора трифазного асинхронного електродвигуна згідно з ГОСТ 183— 74 мають такі позначення: перша фаза — СІ, С4; друга — С2, С5; третя — СЗ, С6. При з'єднанні обмоток, двигуна зіркою всі кінці обмоток С4, С5 і С6 з'єднують в одну точку, а початки обмоток СІ, С2 і СЗ вмикають в мережу (рис. 24, а). Для з'єднання обмоток трикутником кінець першої фази С4 з'єднують з початком другої С2, кінець другої С5 — з початком третьої СЗ, кінець третьої С6 — з початком першої СІ (рис. 24, б). З'єднання зіркою або трикутником використовується відповідно при вмиканні на більшу або меншу напругу електромережі. Якщо заводські позначення виводів обмоток не збереглися, то їх визначають так. Спочатку за допомогою контрольної лампи, вольтметра або мегомметра знаходять попарно кінці обмоток і позначають виводи обмоток першої, другої і третьої фаз. Для цього один фазний провід мережі з послідовно ввімкненим вольтметром або лампою приєднують до одного з виводів обмотки, а нульовим проводом мережі по черзі доторкуються до вільних кінців обмоток статора доти, поки вольтметр не покаже напруги (або не загориться лампа). Це означає, що обидва виводи обмотки належать одній фазі. При визначенні обмоток омметром (мегомметром) один затискач приєднують до одного з виводів обмотки, а проводом від другого затискача по черзі доторкуються до всіх вільних виводів двигуна та обертають ручку приладу. Якщо стрілка мегомметра стане на нульову поділку шкали,, отже, обидва виводи належать одній фазі. Щоб відшукати початок і кінець об мотки кожної фази, до виводів однієї фази приєднують вольтметр змінного струму на 5—10 В, а дві інші обмотки з'єднують між собою послідовно і вмикають на фазну напругу мережі на 2—3 с. Якщо при цьому вольтметр (або лампа) покажуть відсутність напруги, то між собою з'єднані однойменні виводи обмоток. Виводи обмоток, з'єднаних між собою, приймають умовно за кінці, а виводи, приєднані до мережі, відповідно за початки. Якщо з'єднані між собою різнойменні виводи (кінець однієї і початок іншої) обмоток, то вольтметр (лампа) покаже напругу. Після визначення однойменних виводів другої та третьої обмоток вольтметр (або лампу) приєднують до однієї з цих обмоток і подібним способом визначають виводи першої обмотки. При відсутності чутливого вольтметра і відповідної лампи початок і кінець обмотки визначають за наявністю іскри, при розмиканні кола, у яке підмикається вольтметр чи лампа. Наявність іскри свідчить про те, що з'єднані між собою різнойменні виводи двох обмоток. Пуск асинхронних двигунів здійснюють: безпосереднім вмиканням у мережу (прямий пуск); перемиканням обмоток статора із зірки на трикутник; вмиканням симетричних або несиметричних активних і реактивних опорів у коло статора; за допомогою автотрансформатора (автотрансформа-торний пуск); вмиканням симетричних або несиметричних активних і реактивних опорів у коло ротора. Для асинхронних короткозамкнутих двигунів малої та середньої потужності найчастіше застосовується прямий пуск. При цьому пусковий струм двигуна перевищує номінальний у 5—7 разів. Для самого двигуна великий пусковий струм нешкідливий, оскільки він протікає декілька секунд і двигун за цей час не встигає нагрітись, але великий струм викликає значний спад напруги в мережі, що негативно впливає на роботу споживачів. Недоліком прямого пуску є також великі поштовхи моменту, що призводять до швидкого спрацювання приводних механізмів або їх-поломок. Нормальний прямий пуск короткозамкнутого двигуна можливий, якщо фактичне відхилення (зниження) напруги на його затискачах під час пуску не перевищує максимально допустимого. Фактичне зниження напруги в основному залежить від довжини ділянки лінії 0,38 кВ, перерізу і матеріалу проводів, а також попереднього навантаження лінії іншими споживачами. Допустиме зниження 'Напруги залежить від величини моменту зрушення робочої машини і пускового моменту двигуна. Одним із способів зменшення пускових струмів є пуск електродвигунів з перемиканням обмоток статора із зірки на трикутник (рис. 25). На початку пуску двигуна обмотки статора з'єднують на зірку, а після того як двигун почне працювати з номінальною частотою обертання, їх перемикають на трикутник. При такому перемиканні обмоток пусковий струм і обертаючий момент двигуна зменшуються в три рази, тому цей спосіб пуску застосовують при невеликому моменті зрушення робочої машини. Електродвигуни єдиної серії А2 і АО2 загального призначення розраховані на напругу ?/У 220/380 В, тому в мережу з лінійною напругою 380 В їх можна вмикати тільки при з'єднанні обмоток статора на зірку. Пуск з перемиканням обмоток із зірки на трикутник в цьому випадку неможливий. Електродвигуни нової серії 4А потужністю більше 15 кВт виготовляють на напругу 380/660 В і при лінійній напрузі мережі 380 В можливий пуск з перемиканням обмоток статора із зірки на трикутник. Пуск короткозамкнутих асинхронних двигунів вмиканням симетричних або несиметричних активних і реактивних опорів у коло статора, а також за допомогою автотрансформатора у сільському господарстві практично не застосовується. Регулювання частоти обертання асинхронних електродвигунів Підставивши рівняння (12) значення частоти обертання магнітного поля статора з рівняння (13), одержують вираз для частоти обертання асинхронного електродвигуна: об/хв, (18) де f — частота струму в обмотках статора, Гц; р — число пар полюсів обмотки статора; S — ковзання. Отже, регулювати частоту обертання асинхронного двигуна можна трьома способами: зміною частоти струму в обмотці статора; зміною числа пар полюсів обмотки статора; введенням у коло ротора додаткових опорів, які викликають збільшення ковзання і відповідно зменшення частоти обертання двигуна. Останній спосіб використовують лише для двигунів з фазним ротором. Для частотного регулювання необхідні перетворювачі частоти електромашинні або статичні. Статичні перетворювачі частоти на основі тиристорів, магнітних підсилювачів досить складні та дорогі і тому мало використовуються в сільському господарстві. Машинні перетворювачі з частотою 200 Тц застосовуються для машинок, якими стрижуть овець, та електроінструментів. При такій частоті асинхронний двигун з однією парою полюсів має синхронну частоту обертання 12000 об/хв. Тоді значно зменшуються розміри і маса двигуна, що має велике значення для ручних електроінструментів. На практиці найчастіше частоту обертання асинхронних короткозамкнутих двигунів регулюють зміною числа пар полюсів обмотки статора. Таке регулювання можливе лише -в спеціальних багатошвидкісних електродвигунах. Кожна фазна обмотка статора їх секціонована (має вивод із середини) або складається з двох окремих обмоток, що дозволяє одержувати різні числа пар полюсів. Виготовляються електродвигуни з двома , трьома і чотирма фіксованими швидкостями обертання, наприклад 3000/1500/1000 об/хв. Під час перемикання обмоток .виникають великі кидки струму і моменту, тому перемикання необхідно виконувати при повній зупинці двигуна або при роботі на холостому ходу. Якщо перемикати обмотки багатошвидкісного двигуна з трикутника на подвійну зірку, то його потужність залишається незмінною, а момент при збільшенні частоти обертання зменшується. Переключаючи обмотки з зірки на подвійну зірку, постійним залишається момент, а потужність при збільшенні частоти обертання зростає. Багатошвидкісні асинхронні електродвигуни використовують для привода металообробних верстатів, що значно спрощує їх кінематичну схему, вентиляторів з регулюванням продуктивності та інших машин і механізмів. У двигунах з підвищеним ковзанням частоту обертання регулюють зміною величини підведеної до статора напруги. Цей спосіб використовують у комплектах вентиляційного обладнання «Климат-4» «Климат-2» та «Климат-3» для регулювання об'ємної подачі витяжних вентиляторів серії ВО. Привод цих вентиляторів здійснюється від електродвигунів типу Д80А4ПУЗ, Д80В6ПУЗ та Д100/-6П, які мають велике критичне-ковзання (Sк = 0,6). Живляться двигуни від автотрансформатора АТ=10 з відпайками. Найбільшу частоту обертання електродвигун має при напрузі живлення 380 В. Перемикаючи двигун на відповідні відпайки автотрансформатора, забезпечують швидкість обертання 66% і 33% від найбільшої. Нагрівання електродвигунів Перетворення споживаної .двигуном електричної енергії в механічну супроводжується її втратами. Вони складаються із втрат: на подолання сил тертя у підшипниках; в стальних листах осердя статора і ротора, обумовлених гістерезисом і вихровими струмами; в обмотках статора і ротора. Всі втрати енергії в двигуні виділяються у вигляді тепла, що призводить до його нагрівання. Температура нагрівання з часом зростає нерівномірно. Спочатку тепло майже повністю витрачається на підвищення температури двигуна і тільки незначна його частина віддається у навколишнє середовище.- Тому його температура в цей час швидко зростає. Але одночасно збільшується тепловіддана в навколишнє середовище, тому підвищення температури сповільнюється і настає момент, коли все тепло, яке виділяється в двигуні," віддається в навколишнє середовище. В електродвигунах малої і середньої 'потужності стала температура встановлюється через півтори-дві години після початку роботи. Допустима температура нагрівання двигуна залежить від теплостійкості його ізоляції, яка поділяється на сім класів: У, А, Е, В, Р, Н і С. До класу У. належать волокнисті матеріали з бавовни, целюлози і натурального шовку. Найбільша допустима температура їх нагрівання 90°С. Ці ж матеріали, але просочені рідким електроізоляційним матеріалом (трансформаторним маслом, масляним лаком, бітумними сполуками) відносяться до класу А і допускають температуру нагрівання 105°С. Клас Е включає синтетичні, органічні ізолюючі матеріали (плівки, волокна, смоли, компаунди), які мають гранично допустиму температуру нагрівання 120°С. Ізолюючі матеріали на основі слюди, азбесту і скловолокна, просочені органічними лаками і смолами, належать до класу В, їх гранично допустима температура нагрівання становить 130°С. Ці ж матеріали з синтетичними зв'язуючими і просочувальними сполуками входять до класу Р і допускають температуру нагрівання 155°С. Якщо в матеріалах на основі слюди, азбесту і скловолокна застосовуються кремнійорганічні сполуки, то вони належать до класу Я і мають граничне допустиму темпе-,ратуру нагрівання 180°С. До класу С входять слюда, скло, кварц та керамічні матеріали з неорганічними сполуками. Граничне допустима температура нагрівання їх не обмежується (понад 180°С). У електричних двигунах використовують ізоляційні матеріали класу А, Е, В і F. Сучасні двигуни серії 4А виготовляють з ізоляцією класу В і F. Величина усталеної температури двигуна залежить від навантаження та умов охолодження. Якщо двигун перевантажений, то його усталена температура більша за допустиму для даного класу ізоляції. При роботі з навантаженням, що відповідає номінальній потужності, усталена температура двигуна дорівнює допустимій. У нормальних умовах експлуатації електродвигун може працювати понад 10 років (серійний строк служби електродвигунів серії 4А не менше 15 років). Якщо двигун часто перевантажується, він перегрівається, ізоляція втрачає електричну і механічну міцність, а строк служби його на кожні 8°С перевищення температури більше допустимої зменшується приблизно у два рази. Нагрівання електродвигуна залежить від режиму його роботи. ГОСТ 183—66 передбачає вісім номінальних режимів роботи. Основними з них є тривалий S1, короткочасний S2 і повторно-короткочасний S3 (рис. 27). При тривалому режимі період роботи електродвигуна настільки великий, що температура його нагрівання досягає усталеного значення. Так працюють електродвигуни вентиляторів, насосів, зерноочисних машин тощо. При вимкненні двигуна з мережі його температура поступово знизиться до температури навколишнього середовища. Короткочасний режим роботи електродвигуна характеризується чергуванням періодів роботи з паузами. Причому тривалість робочого періоду /р така мала, що двигун не встигає нагрітись до усталеної температури, а тривалість паузи іп дозволяє охолоджуватися до температури навколишнього, середовища. У короткочасному ре-'жимі працюють двигуни приводів для піднімання щитів на зрошувальних каналах, повороту лотків в інкубаторах, транспортерів для роздавання кормів та інші. Робота двигунів характеризується тривалістю вмикання, яка вказується на паспорті: 10, 30, 60 і 90 хв. При повторно-короткочасному режимі період роботи двигуна чергується з паузами. Але тривалість одного робочого періоду разом з паузою не перевищує 10 хв. За такий короткий час температура двигуна не досягає усталеного значення, а за період паузи не встигає знижуватись до температури навколишнього середовища. У такому режимі працюють двигуни приводів кранів, підйомників тощо. Повторно-короткочасний режим роботи характеризується відносною тривалістю вмикання ПВ у процентах, яку визначають за формулою: .100%. (19). ГОСТ 183-74 встановлює такі значення відносної тривалості вмикання: 15, 25, 40 і 60%. Вибір потужності електродвигунів Правильний вибір потужності двигуна забезпечує мінімальні капітальні затрати і втрати енергії при експлуатації установки. Двигун заниженої потужності швидко виходить з ладу внаслідок перегрівання або не забезпечує подолання короткочасних перевантажень. Використання двигуна завищеної потужності супроводжується зменшенням ККД і соз ф, збільшенням втрат енергії і капітальних затрат. Правильно вибраний електродвигун під час роботи повинен бути повністю завантажений, працювати без перегріву, мати достатній пусковий момент для розгону робочої машини і необхідний максимальний момент для подолання короткочасних перевантажень. Потужність двигуна, який працює в тривалому режимі з постійним навантаженням, визначають з умови: кВт (20) де Рн — номінальна потужність двигуна; Ррозр — розрахункова потрібна потужність на валу робочої машини. Для багатьох сільськогосподарських машин з тривалим режимом роботи потрібну потужність Рм на валу вказують у паспорті. У цьому випадку розрахункову потрібну потужність робочої машини обчислюють за формулою: кВт (21) де ?п— ККД передачі. Розрахункову потужність для насосів: кВт (22) де Q — подача насоса, м3/с; H — загальна розрахункова висота подачі води (з урахуванням висоти всмоктування, нагнітання і втрати напору в трубах), м; j — густина води, кг/м3 (/= 1000 кг/м3) ; ?н?п— відповідно ККД насоса і передачі. У вентиляторах: кВт (23) де Q — об'ємна подача вентилятора, м3/с; H — тиск, що створює вентилятор, ?в і ?п — відповідно ККД вентилятора і передачі. 40 м) — 0,4 — 0,8; відцентрових низьконапірних (Н

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020