Основные положения и особенности расчета и выбора электропривода.

Технологические машины и агрегаты приводятся в действие различными типами приводов, из которых наиболее распространенным является электропривод. От правильного выбора параметров и характеристик привода зависит эффективность работы технологической установки, поэтому его расчет и проектирование представляет собой важную инженерную задачу.

Электропривод содержит большое число компонентов, основным из которых является электрическая машина.

Наиболее широко применяются в промышленности для привода различных механизмов трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Они отличаются простотой конструкции и как следствие, малыми габаритами, массой и высокой надежностью. Данные двигатели используются в подавляющем большинстве нерегулируемых приводов, а в последнее время и в регулируемых приводах в сочетании с преобразователями частоты.

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором имеет трехфазную обмотку, выполненную медным проводом и уложенную в пазах на статоре, а также – короткозамкнутую обмотку типа «беличья клетка» на роторе.

При подключении обмотки статора к сети трехфазного напряжения она создает магнитный поток, вращающийся в пространстве с синхронной частотой: (4.1)

где - частота подводимого к двигателю напряжения, - число пар полюсов.

Вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки неподвижного ротора. Вследствие этого в обмотке ротора индуцируется э.д.с. , под действием которой по обмотке ротора протекает пусковой ток . В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с проводниками обмотки ротора, по которым протекает ток, на ротор действует пусковой вращающий момент , направленный в сторону вращения магнитного поля. Под действием пускового момента ротор начинает вращаться с частотой:

(4.2)

где - величина, характеризующая разность частот вращения магнитного поля и ротора, называемая скольжением.

В момент запуска двигателя , а частота э.д.с. и тока в обмотке ротора равна частоте напряжения питающей сети . По мере разгона ротора скольжение, а также частота э.д.с. и тока в обмотке ротора снижаются. При номинальной нагрузке на валу номинальная величина скольжения составляет 0,02 – 0,06 (в зависимости от типа двигателя), ротор вращается с частотой и двигатель развивает номинальную мощность . Вращающий момент при номинальной нагрузке: (4.3)

М

Мк

Мн

Мп

sн

sк

sп

s

Н

К

П

Рис. 4.1.

Механическая характеристика или асинхронного двигателя выражается громоздкой и неудобной для анализа функцией. На практике для построения механической характеристики обычно используют приближенную формулу

(4.4)

где - критическое значение скольжения, соответствующее максимальному (критическому) значению момента . Отношение:

(4.5)

называется кратностью максимального момента. Она характеризует перегрузочную способность асинхронного двигателя.

Примерный вид механической характеристики показан на рис. 4.1. Участок ОН, на котором зависимость (4.4) практически линейным называется рабочим. На этом участке механической характеристики асинхронный двигатель может работать длительно, не перегреваясь выше допустимой температуры.

Участок НК соответствует механической перегрузке двигателя. На данном участке двигатель может работать кратковременно, после чего нагрузка должна быть снижена.

Участок ОК характеристики – участок статически устойчивой работы двигателя, при которой он может автоматически компенсировать увеличение нагрузки на валу. Т.е. при возрастании по какой-либо причине момента сопротивления последует переходный процесс, в ходе которого частота вращения ротора уменьшится, скольжение увеличится, а вращающий момент возрастет. Вследствие этого двигатель выйдет на новый установившийся режим, характеризующийся более низкой частотой вращения < и равенством моментов .

Участок КП соответствует неустойчивой работе двигателя. По данному участку изменяется момент и частота вращения при пуске. Если по какой-либо причине станет больше , двигатель перейдет в так называемый режим “опрокидывания”. При этом момент и частота вращения также изменяются по участку КП характеристики, но в сторону уменьшения, вплоть до полной остановки двигателя.

Точка П характеристики, имеющая координаты ( ), соответствует режиму пуска двигателя. Величина , называемая кратностью пускового момента, характеризует его пусковую способность.

Точка 0 характеристики соответствует режиму холостого хода, при котором момент сопротивления очень мал (определяется только трением в опорах). Поэтому скольжение составляет тысячные доли и частота вращения ротора близка к синхронной.

При расчете приводов иногда удобнее использовать механическую характеристику в виде зависимости , которую несложно получить из выражения (4.4), с учетом (4.2).

Расчетная мощность насоса Р_рн (вентилятора Р_рв), (кВт), определяется по формуле: (4.6)

где: Q – производительность насоса (вентилятора), м³/c;

Н – полный напор (расчетная высота подачи) м, а для вентилятора – давление газа, Па;

- удельный вес перекачиваемой жидкости (для воды 9880 Н/м³);

_Н – КПД насоса:

· 0,8 – 0,9 – для поршневых насосов;

· 0,5 – 0,85 – для центробежных насосов высокого давления;

· 0,4 – 0,6 - для центробежных низкого давления;

_В – КПД вентилятора:

· 0,2 – 0,5 – для малых вентиляторов;

· 0,4 – 0,75 – для больших;

_П – КПД передачи:

· 0,85 – 0,9 – ременной;

· 0,97 – 0,98 – клиноременной;

· 0,98 – 1 – зубчатой

· 1 – при непосредственном соединении при помощи муфты.

Для исключения возможной перегрузки электродвигателя при меняющихся условиях работы агрегата расчетную мощность увеличивают с учетом рекомендуемого для данной мощности коэффициента запаса k₃: (4.7)

 

Коэффициент запаса для двигателей насоса при:

 

 

Коэффициент запаса для двигателей вентиляторов при: