Выбор двигателя (энергетический расчет)

Для заполнения остальных ячеек матрицы необходимо знать параметры электродвигателя и передаточные числа механических передач. В настоящее время в машиностроении наибольшее распространение в качестве источника энергии получили электрические двигатели постоянного и переменного тока. Двигатели постоянного тока используются в приводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости. Двигатели переменного тока могут быть синхронные и асинхронные. Первые более дорогие в изготовлении и эксплуатации, но имеют строго постоянную частоту вращения, независимо от нагрузки. У двигателей асинхронных при изменении нагрузки происходит уменьшение синхронной частоты вращения в небольшом диапазоне. Если эти изменения не влияют на работу машины, то предпочитают применять эти двигатели. Именно к таким машинам в большинстве схем заданий предстоит разработать привод.

Асинхронные двигатели (AD) выпускаются с различной номинальной частотой вращения. Синхронная частота вращения для наиболее используемых двигателей может быть 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин. Назначение частоты вращения должно производиться с экономической точки зрения с целью получения наиболее дешевого привода.

Ориентировочная частота вращения вала двигателя может быть определена по зависимости (12):

, (24)

где – частота вращения приводного вала машины, а –передаточное число привода.

Оптимальное передаточное число привода определяется как

, (25)

где и т.д. – оптимальные передаточные числа (отношения) передач, входящих в привод, которые могут быть приняты как средние значения из справочных данных (таблица 2).

В приводах рекомендуется использовать двигатели с синхронной частотой вращения 1000 или 1500 об/мин, так как, чем меньше частота вращения двигателя, тем больше он по размерам, а при больших частотах вращения первая передача в приводе получается весьма быстроходной, и при её проектировании необходимо учитывать некоторые особенности, в частности, отсутствие недопустимых колебаний. Кроме того, в соответствии с ГОСТ Р 50891-96 «Редукторы общемашиностроительного применения. Общие технические условия» скорость вращения входного вала для червячных, червячно-цилиндрических, цилиндрически-червячных редукторов не должна превышать 1800 об/мин.

По полученной мощности на валу двигателя P₁ и частоте вращения n₁ можно выбрать тип двигателя. При этом частота вращения выбирается ближайшей от полученного значения, но при этом, как указывалось выше, следует предусматривать возможность применения двигателя с синхронной частотой вращения 1000 или 1500 об/мин. Мощность выбранного AD не должна быть меньше полученной из расчета мощности более чем на 5%. Из всех выпускаемых AD следует использовать двигатели последней единой серии 4А или АИР. Характеристики некоторых AD серии 4А представлены в таблице 3. AD с другими характеристиками могут быть выбраны из справочных данных на двигатели [1, 10].

В период пуска двигатель для преодоления инерционных нагрузок должен развивать больший вращающий момент M_пуск, чем при установившемся движении M_ном. Если имеет место , где – необходимый пусковой момент для разгона машины, то двигатель будет разгоняться в нужном режиме. Если же , разгон двигателя замедляется. В этом случае двигатель нагревается более интенсивно, и, если пуски двигателя проводятся часто, двигатель может выйти из строя (отказать) в результате чрезмерного нагрева обмотки. Поэтому в приводах,

Таблица 3 Электродвигатели асинхронные трехфазные единой серии 4А (выборка из ГОСТ 19523-81)

Примечания: 1. P – номинальная мощность электродвигателя, кВт; n – асинхронная частота вращения, об/мин; K_n – кратность пускового момента.

2. В обозначении AD вместо? подставлять число полюсов соответственно для 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин – 2, 4, 6 и 8

в которых двигатели пускаются часто, необходимо выбранный двигатель проверять по пусковому моменту по условию:

, (26)

где – необходимый номинальный крутящий момент для работы машины;

– номинальный крутящий момент электродвигателя;

– кратность пускового момента электродвигателя приведена в таблице 3.

Если имеется типовой график нагрузки, то следует считать, что и проверка по пусковому моменту не требуется.

Габаритные, установочные и присоединительные размеры выбранного AD серии 4А принимают согласно данных ГОСТ 18709-73. Выборка из стандарта приведена в таблице 4. Исполнение двигателя выбирается в зависимости от конструкции привода. Для приводов механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме с частыми пусками под нагрузкой и требующих фиксированного останова за регламентированное время после отключения электродвигателя от сети, используются AD серии 4А со встроенным электромагнитным тормозом (4А…Е). Электродвигатели выпускаются в диапазоне высот оси вращения 56…160 мм и имеют степень защиты IP4. Они разработаны на базе основного AD или AD с повышенным скольжением. Отличительным признаком является наличие специального тормозного устройства, обеспечивающего тормозной момент не менее 1,5 номинального вращающего момента. Время торможения t_Т и время растормаживания t_Р не превышает следующих значений:

AD со встроенным электромагнитным тормозом (ВЭТ) имеют технические данные аналогичные AD основного исполнения. Они обозначаются как и двигатели основного исполнения, только после обозначения числа полюсов (в таблице 3 -?) ставится буква Е. Например, AD серии 4А с высотой центров 100 мм и ВЭТ, с синхронной частотой вращения 1500 об/мин будет обозначаться: 4А100L4ЕУ3. В курсовых проектах AD с ВЭТ применяются в конвейерах, подъемниках, приводах грузоподъемных машин. В проекте все их присоединительные размеры принимать как у основного AD.

Рисунок 1 – Габаритные установочные и присоединительные размеры электродвигателей серии 4А исполнение 1М 1081

Таблица 4 Габаритные установочные и присоединительные размеры электродвигателей серии 4А исполнение 1М 1081, степень защиты IP44, IP54,h = 71 - 160 мм