Лекция 16 Вопросы электропривода 1 Общие сведения об

Лекция 16 Вопросы электропривода 1. Общие сведения об электроприводе машин и установок пищевых производств. 2. Режимы работы электропривода. 3. Нагрев и охлаждение электродвигателей. 4. Управление электроприводом. Литература: Касаткин А. С. Электротехника. Учебник для вузов – М. : «Академия» , 2005. с. 505 -521.

1. Общие сведения об электроприводе машин и установок пищевых производств Электрическим приводом (ЭП) называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

По характеру движения различают ЭП вращательного и поступательного движения. По виду силового преобразователя можно выделить следующие основные виды ЭП: - электропривод с непосредственным включением в сеть (без силового преобразователя); - ЭП с выпрямителем (управляемым или неуправляемым); - ЭП с преобразователем частоты; - ЭП с импульсным преобразователем напряжения постоянного тока.

По количеству используемых двигателей различают групповой, индивидуальный и взаимосвязанный ЭП. В групповом ЭП один двигатель приводит в движение несколько исполнительных органов машины. Индивидуальный ЭП обеспечивает движение одного исполнительного органа рабочей машины. Взаимосвязанный ЭП представляет собой два или несколько электрически или механически связанных между собой индивидуальных электродвигателей, работающих совместно на один исполнительный орган машины. Если двигатели связаны механически и работают на общий вал, такой взаимосвязанный ЭП называется многодвигательным.

Производственные машины с частотой вращения валов от 25 до 250 об/мин обычно комплектуются мотор-редукторами, в которых асинхронный трехфазный электродвигатель конструктивно объединен с редуктором. Применение мотор-редукторов позволяет значительно упростить и удешевить конструкцию ЭП.

2. Режимы работы электропривода Различают три основные режимы работы электропривода: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Продолжительный режим – это режим такой длительности работы двигателя, при которой температура всех его элементов достигает установившегося значения, то есть наступает тепловой баланс между двигателем и окружающей средой. В таком режиме работает электропривод вентиляторов, компрессоров, насосных станций, конвейеров непрерывной подачи и других механизмов.

Кратковременный режим – это режим, при котором время работы двигателя невелико и температура двигателя не успевает достичь установившегося значения. Перерывы в работе двигателя при этом режиме велики и двигатель успевает охлаждаться до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Такой режим характерен для механизмов кратковременного действия: шлюзов, шлагбаумов, дверных механизмов и многих других.

Повторно-кратковременный режим – это режим, при котором периоды работы двигателя чередуются с паузами. При этом ни в один из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время снятия нагрузки двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Характеризуется данный режим относительной продолжительностью работы (ПР, %), равной отношению времени работы двигателя ТР к всему периоду Т, включающему паузы. ПР = (ТР / Т )100%. Примерами механизмов с повторнократковременным режимом работы являются: подъемные механизмы (краны, лебедки), транспортные механизмы (электрокары), дозирующие устройства и так далее.

В соответствии с режимом работы электропривода определяется номинальная мощность электродвигателя. Под номинальной мощностью двигателя понимают полезную механическую мощность на его валу в течение времени, соответствующему его номинальному режиму - продолжительному, кратковременному или повторно-кратковременному при определенной продолжительности включения. В короткий промежуток времени двигатель может развивать мощность, значительно большую, чем номинальная. Мгновенная перегрузочная мощность двигателя – это наибольшая мощность на валу, развиваемая двигателем в течение малого промежутка времени без каких-либо повреждений. Потребность в такой мощности может иметь место при пуске машины или при быстром изменении скоростного режима.

3. Нагрев и охлаждение электродвигателей Во время работы двигателя его температура ТДВ не должна быть выше предельно допустимой температуры.

При кратковременном и повторно-кратковременном режимах, когда не требуется высокая точность, процесс нагрева двигателя можно описать уравнением где С – теплоемкость электродвигателя; Н – теплоотдача электродвигателя; ϑMAX = Q 0/H; Q 0 – тепловая мощность (тепловая энергия, образующаяся в двигателе в единицу времени).

Решение уравнения где τ=С/Н - постоянная времени нагрева электродвигателя, определяемая экспериментальным путем; ϑ 0 – начальное значение превышения температуры. Характер процесса экспоненциальный. Построение таких графиков позволяет оценивать возможности использования двигателя по его загруженности.

При повторно-кратковременном режиме электродвигатель попеременно то нагревается, то охлаждается. Изменение его температуры в каждом таком цикле зависит от предыдущего цикла. Такие графики, хотя и отображают наглядно процессы нагрева и охлаждения двигателя, однако не дают точных результатов и требуют много времени на их построение.

На практике для выбора мощности двигателя применяют более простые методы, такие как метод эквивалентного тока и метод эквивалентного момента. В основу метода эквивалентного тока положено допущение, что при переменной нагрузке на двигатель его средние потери равны потерям при продолжительной номинальной нагрузке. Так как мощность переменных потерь пропорциональна квадрату рабочего тока I и сопротивлению соответствующей обмотки R, то суммарные потери энергии W∑ за все рабочее время Т, равное сумме отдельных рабочих промежутков времени двигателя, должны быть равны: где РПОСТ – мощность постоянных потерь (трение, потери в магнитопроводе, затраты на возбуждение); IЭ – эквивалентный ток, определяемый как:

Если известен эквивалентный ток, номинальное напряжение и номинальный коэффициент мощности, можно определить номинальную мощность двигателя: РНОМ ≥ UНОМ IЭ cosφНОМ. Метод эквивалентного тока применим при постоянных потерях в двигателе в течение всего рабочего времени.

Метод эквивалентного момента базируется на то, что у всех электродвигателей вращающий момент пропорционален произведению тока и магнитного потока. Магнитный поток можно считать практически постоянным у всех двигателей, кроме двигателей с последовательным и смешанным возбуждением. В этом случае МВР = k. BP I (k. BP - постоянная величина). Тогда: По известному моменту МВРЭ и номинальной угловой скорости ωНОМ получают номинальную мощность двигателя: РНОМ ≥ МВРЭ∙ωНОМ.

4. Управление электроприводом При управлении электроприводом необходимо осуществлять ряд операций: - пуск и остановка; - торможение; - реверсирование; - регулирование скорости вращения в соответствии с требованиями технологического процесса.

Наиболее простая схема управления трехфазным асинхронным электродвигателем на основе магнитного пускателя.

Схема управления асинхронным электродвигателем при помощи реверсивного магнитного пускателя.

Схема управленияасинхронным электродвигателем с преобразованием частоты.

Лекция закончена Спасибо за внимание