И КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

 

Электрические, механические и габаритные параметры электродвигателя взаимосвязаны. Например, номинальные мощность Рн, вращающий момент Мн, угловая скорость ротора (якоря) ωн, диаметр D и длина L активной части якоря электрической машины связаны соотношениями

Рн = Мн ωн; Мн = Ск D2 L,

где Ск – коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей машины.

Из этих зависимостей следует, что при заданной мощности для уменьшения габаритов электродвигателя (D2L) необходимо увеличивать его угловую скорость ωн, особенно для маломощных двигателей (до ωн = 100…600 рад/с). А для рабочих машин по технологическим условиям требуется значительно меньшая скорость (в 10 и более раз). Поэтому для согласования механических параметров электродвигателя (скорости и момента) с механическими параметрами рабочей машины используют передаточный механизм (ПМ), который может изменять и характер движения, преобразуя вращательное движение в поступательное.

По конструктивному исполнению различают следующие виды ПМ (рис. 2.1):

1) редукторы (коробки передач, скоростей);

2) ременные (цепные) передачи;

3) типа барабан – трос (шкив – канат);

4) типа винт – гайка;

5) типа зубчатое колесо – рейка.

 
 

Краткая характеристика представленных ПМ.

Редукторы(коробки передач, скоростей) представляют собой зубчатые передачи, заключенные в единый корпус. По числу зубчатых пар они бывают одно-, двух-, трех-, n-ступенчатые; по виду зубьев – прямозубые, косозубые, червячные; по исполнению – цилиндрические, конические; по принципу действия – обычные и планетарные.

Редуктор характеризуется передаточным числом i:

i = ω1 / ω2,

где ω1 – входная скорость; ω2 – выходная скорость.

Передаточное число n-ступенчатого редуктора

i = i1 × i2 ×…× in,

где i1, i2, …, in – передаточные числа отдельных ступеней.

Редуктор характеризуется также входной мощностью (до 560 кВт) и максимальным выходным моментом (до 1200 кН∙м). Входная и выходная оси редуктора могут быть расположены коаксиально, параллельно и ортогонально.

Ременные (цепные) передачихарактеризуются передаточным числом

i = ω1 / ω2 = D2 /D1 = z2 /z1,

где D1, z1 – диаметр число зубьев входного шкива (звездочки); D2, z2 – диаметр число зубьев выходного шкива (звездочки).

Передачи типа «зубчатое колесо – рейка», «барабан трос (шкив – канат)» и «винт – гайка» преобразуют вращательное движение в поступательное и характеризуются радиусом приведения ρ:

ρ = V/ω, м/рад.

Кинематические схемы электроприводов.Механическая часть структурной схемы ЭП включает в себя все механически связанные между собой движущиеся инерционные массы: ротор (якорь) двигателя, ПМ и рабочее оборудование технологической установки. Непосредственное представление о движущихся массах установки и механических связях между ними дает кинематическая схема ЭП. Значит, кинематической схемой ЭПкакой-либо конкретной производственной установки называется схема механической части ЭП со всеми движущимися инерционными массами и механическими связями между ними. Кинематические схемы ЭП разнообразны. Рассмотрим два характерных их примера.

Кинематическая схема ЭП центробежного вентилятора (рис. 2.2). Ротор электродвигателя Д соединяется с рабочим колесом вентилятора с помощью соединительной муфты СМ. Все элементы кинематической схемы движутся с одной и той же угловой скоростью ω. На рабочем колесе вентилятора развивается момент сопротивления движению Ммех, зависящий от скорости ωмех (рис. 2.3):

Ммех = ∆Ммех + Мв.н.мех / ωв.н)2;

ωв.н = ωн.дв,

где Мв.н, ωв.н – номинальные момент и угловая скорость вентилятора;

Ммех – момент механических потерь на трение в подшипниках рабочего колеса вентилятора.

  Рис. 2.2. Кинематическая схема ЭП вентилятора   Рис. 2.3. Механическая характеристика вентилятора

 

К ротору двигателя приложен электромагнитный момент двигателя Мэ, а также момент механических потерь в двигателе ∆М, обусловленный силами трения в подшипниках, и момент сопротивления движению Мв, создаваемый вентилятором.

Номинальная угловая скорость двигателя ωн.дв совпадает с номинальной скоростью вентилятора. Этим определяется простота кинематической схемы ЭП.

В других случаях ωв.н ≠ ωн.дв и в кинематическую схему вводят различные передачи: зубчатые, цепные, фрикционные, клиноременные и др. (см. рис. 2.1). Если требуется механическое регулирование скорости, вводят передачи с переменным передаточным числом i (коробки передач, фрикционные вариаторы).

Кинематическая схема электропривода шпинделя токарного станка (рис. 2.4). В этой схеме движение от электродвигателя Д к шпинделю Ш с заготовкой обрабатываемой детали З передается через клиноременную передачу КРП и коробку передач КП. Передаточное число i может изменяться ступенчато за счет введения в зацепление шестерен с различным числом зубьев. В результате взаимодействия вращающейся детали с неподвижным резцом возникает усилие резания Fz и момент резания

Ммех = Мz = FzRз,

где Rз – радиус заготовки обрабатываемой детали.

В процессе обработки детали усилие и момент резания остаются постоянными и не зависят от угловой скорости ωз (рис. 2.5). Полезный момент нагрузки механизмаМмех при постоянном усилии резания Fz пропорционален радиусу обрабатываемой детали Rз.

  Рис. 2.4. Кинематическая схема ЭП шпинделя токарного станка   Рис. 2.5. Механическая характеристика

 

Кроме полезного момента нагрузки Ммех = Мz, а также приложенного к ротору двигателя электромагнитного момента М и момента потерь в двигателе∆М во всех элементах рассматриваемой кинематической цепи действуют силы трения: в подшипниках, в зубчатых зацеплениях, в трущихся поверхностях клиноременной передачи.

Механические характеристики производственных механизмов и электродвигателей.При выборе электродвигателя к производственному механизму приходится уточнять, насколько механические свойства электродвигателя соответствуют механической характеристике рабочей машины и характеру ее работы, так как соответствие механических характеристик электродвигателя конкретному производственному механизму позволяет обеспечить наиболее высокую его производительность и экономичную работу.

Механическая(или статическая)характеристика производственного механизмапредставляет собой зависимость между его статическим моментом сопротивления и скоростью, т.е.

ω = f (Mc) или Mc = f (ω).

Производственные механизмы обладают различными механическими характеристиками. Существует следующая эмпирическая обобщенная формула для механических характеристик производственных механизмов:

Mc = M0 + (McM0)(ω / ωн)x,

где Mc – момент сопротивления механизма при угловой скорости ω;

M0 – момент сопротивления трения в движущихся частях механизма;

Mc, ωн – номинальные момент сопротивления и скорость;

x – показатель степени, характеризующий изменение момента Mc при изменении угловой скорости ω.

Различают четыре основных вида (класса, категории) механических характеристик и соответственно производственных механизмов (рис. 2.6):

Рис. 2.6. Механические характеристики производственных механизмов Рис. 2.7. К пояснению жесткости механической характеристики электродвигателя

1) x = 0, Mc = const (момент сопротивления не зависит от скорости). Такой механической характеристикой обладают механизмы, совершающие работу подъема, формоизменения материала или преодолевающие трение (подъемные механизмы, механизмы передвижения и др.). Мощность таких механизмов возрастает линейно со скоростью;

2) x = 1, Mc = сω (момент сопротивления линейно зависит от угловой скорости). Такую характеристику может иметь, например, привод генератора постоянного тока, работающего на постоянное сопротивление;

3) x = 2, Mc = сω2. Такой механической характеристикой обладают механизмы, работа которых сводится к преодолению сопротивления воздуха или жидкости (вентиляторы, центробежные насосы, центрифуги, судовые винты и др.). Момент сопротивления у таких механизмов часто называют вентиляторным, а механизмы – механизмами с вентиляторным моментом. Мощность таких механизмов примерно пропорциональна кубу скорости;

4) x = 3, Mc = с/ω. Такой механической характеристикой обладают моталки в металлургической промышленности, электронакат в бумажной промышленности, некоторые металлорежущие станки. Мощность на валу у таких машин приблизительно постоянна.

Механические характеристики электродвигателяпредставляют собой зависимость угловой скорости ω от развиваемого им момента на валу, т.е. ω = f (M).

Различают естественные и искусственные механические характеристики электродвигателя. Естественная механическая характеристика соответствует работе электродвигателя с номинальными параметрами при нормальной схеме включения. Искусственная механическая характеристика соответствует работе электродвигателя с параметрами, отличающимися от номинальных, например, при введении сопротивления, изменении питающего напряжения, частоты и др.

Для оценки изменения скорости при изменении момента на валу служит так называемая жесткость характеристики, которая равна отношению приращения момента ∆М к соответствующему приращению скорости ∆ω (рис. 2.7):

β = (M2M1) / (ω2 – ω1) = ∆М / ∆ω.

Линейные механические характеристики имеют постоянную жесткость, а криволинейные– в каждой точке свою, равную первой производной от момента по скорости, т.е.

β = dM / dω.

Естественные механические характеристики электродвигателей по степени жесткости разделяются на следующие группы (рис. 2.8):

1) абсолютно жесткая характеристика (линия 1), при которой скорость электродвигателя при изменении нагрузки не изменяется (β = ∞). К этой группе относятся синхронные двигатели;

2) жесткая характеристика (линия 2), при которой скорость электродвигателя с возрастанием момента нагрузки уменьшается на небольшую величину (β = 40…10). К этой группе относятся асинхронные электродвигатели (работающие при скольжениях, меньших критического) и двигатели постоянного тока с параллельным (и независимым) возбуждением;

3) мягкая механическая характеристика (линия 3), при которой скорость электродвигателя резко уменьшается с увеличением момента нагрузки (β < 10). Такой характеристикой обладает двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением.

При совместной работе электродвигателя с производственным механизмом в установившемся режиме вращающий момент двигателя уравновешивается статическим моментом сопротивления механизма, при этом электродвигатель работает с определенной скоростью. При изменении момента сопротивления на валу электродвигателя равновесие моментов нарушается, возникает переходный процесс, в результате которого электропривод переходит в новое установившееся состояние (при устойчивой работе), но с другими значениями момента и скорости электродвигателя. Для устойчивой работы электропривода в пределах определенных скоростей и моментов сопротивления производственного механизма требуется, чтобы электродвигатель обладал соответствующей механической характеристикой. А это достигается выбором электродвигателя определенного типа и изменением электрических параметров его цепей.








Дата добавления: 2015-12-01; просмотров: 3362; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2019 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.008 сек.