Література. Тема 11 Основи електроприводу та його апаратура

Тема 11 Основи електроприводу та його апаратура

Мета: пояснити суть електроприводу, вибір електродвигунів при різних режимах роботи.

Актуальність: вміння правильно вибрати двигун та апаратуру керування необхідне при роботі з електричними схемами.

Міжпредметна інтеграція: хімія, фізика, математика.

План

1.Загальне поняття про електропривід, його види.

2.Види електродвигунів

3.Апаратура для керування і захисту електродвигунів

Після вивчення теми студент повинен знати:

- електропривід, види електроприводу,

- види електродвигунів,

- види апаратури автоматичного керування,

- режими роботи електродвигунів.

-

Ключові поняття та терміни:

- електропривід,

-груповий,

-індивідуальний,

-багатодвигунний,

- короткочасний, тривалий, повторно-короткочасний режим.

Самостійна робота студента:

1. Автоматизація керування електроприводом.

2. Схема автоматизованого електропривода.

3. Нагрівання та охолодження електродвигунів.

Література

1. Коруд В.І та ін.. Електротехніка: навч. пос. / за заг. Ред.. В.І. Коруда. –Львів: ’’Магнолія плюс’’,видавець СПД ФО В.М. Піча, 2004

2. Данилов И.А.,Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники:учеб. пособ. для неэлектротехнических спец. Техникумов.-М.:Высшая школа, 1989

-1-

Електроприводом називається електромеханічний пристрій, ще здійснює перетворення електричної енергії в механічну й забезпечує керування цією енергією.

Електропривод виконавчого механізму складається з робочого елек­тродвигуна, допоміжних електричних машин, апаратури керування та механічної передачі від двигуна до виконавчого механізму.

Розрізняють три види електропривода: груповий, одиночний і багатодвигунний.

Груповий — це електропривод, в якому рух від одного електродви­гуна за допомогою одного чи кількох механізмів передається групі ро­бочих машин. Цей вид привода є застарілим і застосовується рідко.

Одиночним називається електропривод, в якому кожна робоча ма­шина приводиться в рух окремим електродвигуном. Якщо двигун і ро­боча машина є єдиним конструктивним цілим, то електропривод на­зивається індивідуальним.

Багатодвигунний — це електропривод, в якому окремі органи од­ної машини приводяться в рух окремими електродвигунами. Прикла­дом такого привода може бути електропривод потужного прокатного стана, до складу якого входять 458 електродвигунів загальною потуж­ністю 10 000 кВт. Багатодвигунний електропривод має спільну елек­тричну схему керування всіма електродвигунами з застосуванням складної керуючої електричної апаратури.

Електропривод з ручним керуванням — це такий електропривод, в якому процеси керування робочим двигуном виконуються вручну за допомогою апаратури ручного керування.

Автоматизованим називається такий електропривод, в якому про­цеси керування робочим двигуном або двигунами (при багатодвигунному електроприводі) виконуються автоматично без втручання людини (за винятком подавання первинних імпульсів) за допомогою апаратури автоматичного керування.

-2-

Електродвигуни вибирають за потужністю, родом струму, частотою обертання та конструктивним виконанням.

Вибір електродвигуна за потужністю. Якщо у різних механізмах межа допустимого навантаження визначається механічною міцністю

Рис. 10.1. До розгляду режимів роботи електродвигуна

їх окремих деталей, то навантаження електродвигуна обмежується до­пустимим нагріванням його окремих частин.

Це нагрівання спричинюється внутрішніми втратами в двигуні. Особливо чутлива до підвищення температури ізоляція його обмоток. При перевищенні допустимої температури вона руйнується й окремі частини обмоток замикаються між собою. Виникають струми короткого замикання, які за короткий час розігрівають провідники обмоток, що призводить до повного руйнування чи навіть займання ізоляції. В цих випадках кажуть, що електродвигун «згорів».

Гранично допустима температура для електродвигунів загального призначення, ізоляція обмоток яких належить до класу А, становить 95—100 °С.

Кількість теплоти, яка виділяється в електродвигуні, залежить не тільки від його навантаження, а й від тривалості роботи двигуна. Тому розрізняють вісім режимів роботи електродвигуна, які відповідно до міжнародної класифікації мають умовні позначення S1—S8.

Тривалий режим (S1) характеризується незмінним навантаженням, яке триває невизначено довгий час. Працюючи в цьому режимі, двигун нагрівається до певної усталеної температури, яка за весь час його ро­боти буде незмінною. Графік цього режиму зображено на рис. 10.1, а. В такому режимі працюють електродвигуни вентиляторів, відцентро­вих насосів, конвейєрів та інших механізмів.

Короткочасний режим (S2) характеризується робочими періодами та періодами зупинок, причому перші настільки короткі (не більш як 120 хв), що двигун не встигає досягти усталеної температури, а другі настільки тривалі, що він встигає повністю охолонути. Графік цього режиму при змінному навантаженні показано на рис. 10.1, б. В такому режимі працюють електродвигуни гільйотинних ножиць для різання металу, лебідок для підняття якоря на суднах та інші механізми.

Повторно-короткочасний режим (S3) характеризується безперерв­ним чергуванням однакових за тривалістю робочих періодів (t_р) і пе­ріодів пауз (t_П). У робочий період електродвигун не встигає нагрітися до усталеної температури, а в період паузи — повністю охолонути. Цей режим роботи визначається відносною тривалістю вмикання двигуна (ПВ), що дорівнює відношенню тривалості робочого періоду t _р до су­марної тривалості циклу t_ц (робочого періоду t_р і паузи t_п) й виража­ється в процентах. Передбачено такі значення ПВИ5, 25, 40 і 60 % при тривалості одного циклу t_ц не більш як 10 хв. Графік цього режи­му зображено на рис. 10.1, в. В такому ре­жимі працюють електродвигуни бурових верстатів, електрокранів, пресів, молотів та інших механізмів.

Переміжний режим (S6) — це такий ре­жим роботи електродвигуна, при якому короткочасні періоди його незмінного наван­таження (робочі періоди) чергуються з періодами холостого ходу (паузами). Цей режим характеризується тими самими значеннями ПВ, що й повторно-короткочасний (S3).

S4, S5 — це режими роботи електродвигуна з усталеною кількістю його вмикань за годину, S7 — режим з усталеною кількістю реверсів, за годину, а S8 — режим із заданою кількістю циклів за годину.

Режими S1 — S3 є основними, номінальні дані про які включаються в паспорт електродвигуна й каталоги.

Електродвигун, працюючи в будь-якому з восьми режимів, не пови­нен нагріватися вище від допустимої для його класу ізоляції темпера­тури. Потужність двигуна, при якій температура йо:о внутрішніх час­тин відповідає прийнятим нормам нагрівання, називається номі­нальною.

При тривалому режимі (S1) номінальна потужність електродвигуна повинна дорівнювати його навантаженню. Якщо в каталозі немає дви­гуна з такою потужністю, то вибирають найближчий двигун більшої потужності. Вибраний двигун слід перевірити на пусковий момент, тобто з'ясувати, чи достатній його пусковий момент для умов пуску даної машини.

При короткочасному режимі (S2) потужність електродвигуна визна­чається за еквівалентним струмом (I_ек) — таким умовним струмом, теп­лова дія якого дорівнює тепловій дії даного змінного струму наванта­ження. Знайдемо вираз цього струму.

Користуючись графіком струму (рис. 11.2) на підставі закону Ленца — Джоуля запишемо вираз кількості теплоти, що виділяється в двигуні за час одного робочого циклу t_ц : Q=I_ек²Rt_ц=І²R(t₁+t₂)=I₁² Rt₁ +I₂²Rt₂

де R— опір обмоток двигуна; t₁ — час, протягом якого струм наван­таження дорівнює I₁ ,t₂ — час, протягом якого струм навантаження до­рівнює I₂.

Звідси I_екв= (11.1)

Знаючи еквівалентний струм, за каталогом вибирають двигун, при­значений для короткочасної роботи протягом періоду, що дорівнює чи перевищує заданий робочий період. Вибраний двигун перевіряють на можливість подолання миттєвого перевантаження за графіком вмикан­ня робочої машини.

При повторно-короткочасному (S3) та переміжному (S6) режимах електродвигун вибирають за каталогом виходячи з еквівалентної по­тужності та необхідної відносної тривалості його вмикання ПВ. Форму­лу для визначення еквівалентної потужності двигуна можна дістати, підставивши в (11.1) замість струму / потужність Р.

Вибір електродвигуна за родом струму, Перевага двигуна постійно­го струму над двигуном змінного струму полягає в можливості плавно­го й економічного регулювання частоти обертання. В усьому іншому трифазний асинхронний двигун простіший, дешевший і надійніший, ніж двигун постійного струму. Тому останній слід застосовувати лише в спеціальних електроприводах, де до регулювання частоти обертання ставляться великі вимоги.

Двигуни постійного струму широко застосовуються в електротранс­порті. Основною перевагою постійного струму тут є зручність його під­ведення: для цього потрібен тільки один контактний провід, а другим є рейки.

Вибір електродвигуна за частотою обертання. Оскільки розміри двигуна при заданій потужності зі збільшенням частоти обертання зменшуються, бажано вибирати швидкохідні електродвигуни.

Частота обертання двигуна повинна бути такою, щоб між ним і ви­конавчим механізмом була мінімальна кількість передач. Для забез­печення високої частоти обертання двигунів змінного струму (понад 3000 об/хв) застосовують спеціальні генератори підвищеної частоти. Такі установки використовуються в текстильній та деревообробній промисловостях.

Найбільш поширеним для постійного й змінного струмів є чотириполюсний двигун. При змінному струмі частотою 50 Гц він має син­хронну частоту обертання 1500 об/хв. Для привода тихохідних меха­нізмів застосування відповідних тихохідних двигунів небажане, бо во­ни громіздкі й дорогі. А використання з цією метою швидкохідних дви­гунів потребує створення громіздких, механічних передач, що також небажано. В таких випадках питання вибору електродвигуна вирішу­ється техніко-економічним розрахунком.

Вибір електродвигуна за конструктивним виконанням. За виконання електродвигуни поділяються на двигуни відкритого, захищеного, закритого й вибухобезпечного типів.

Двигуни відкритого типу не мають спеціальних захисних пристроїв і застосовуються в сухих і чистих приміщеннях (машинні зали станцій і підстанцій, компресорні станції та інші приміщення) з обслуговуючим персоналом, добре обізнаним з технікою електробезпеки. У цих двигу­нів найкращі умови охолодження, тому вони порівняно з іншими дви­гунами при тій самій потужності мають найменші габаритні розміри.

Двигуни захищеного типу оснащуються спеціальними пристроями (у вигляді щитків з дрібними отворами чи сіток), які запобігають попаданню всередину сторонніх предметів і сміття. ЦІ двигуни засто­совуються в механічних цехах.

Двигуни закритого типу мають пристрій, що захищає їх від про­никнення їдких парів і газів, вологи та пилу. Їх використовують у де­ревообробних цехах, на цементних заводах та інших підприємствах.

Двигуни вибухобезпечного типу мають герметичну оболонку, яка виключає проникнення повітря всередину машини. Вони застосовують­ся на вугільних шахтах і хімічних підприємствах, де можливе утворен­ня вогне - та вибухонебезпечних газів або пилу.

-3-

Керування приводними електродвигунами зводиться до таких ос­новних операцій: вмикання, вимикання, зміна частоти та напряму обер­тання, гальмування й деякі інші більш складні процеси. Ці операції властиві електроприводу як з ручним керуванням, так і автоматизо­ваному. Захист електродвигунів від перевантаження, короткого зами­кання, підвищення, зниження та втрати напруги здійснюється автома­тично.

Апаратура ручного й автоматичного керування електроприво­дом дуже різноманітна і, звичайно, повністю розглянути її в цьому по­сібнику неможливо. Нижче описуються лише основні апарати, що вжи­ваються в системі електропривода.