эиэ. Технология мяса и мясных продуктов, 260303 Технология молока и молочных продуктов. СанктПетербург 2009 2
 Скачать 2.12 Mb.
|
|
13.4. Пуски реверсирование двигателей постоянного тока Пуск двигателей постоянного тока длится от долей секунд до нескольких десятков секунд. Пусковые качества характеризуются кратностью пускового тока (ном пи пускового момента (ном п. Пусковой момент п п ФI C M М , где пусковой ток ном я п 20 Если не принять мер, то пуск ДПТ может сопровождаться недопустимым скачком тока якоря и резким толчком навалу. Такой скачок вызовет искрообразование под щетками, которое может привести к быстрому разрушению коллектора и ухудшает коммутацию машины. Для предотвращения этого явления пуск ДПТ осуществляется с помощью пускового реостата п ( рис. 99), который можно рассчитать, исходя из условия ном п я п Скачок пускового тока в этом случае длится недолго, так как при вращении якоря появляющаяся противоЭДС уменьшает ток якоря. После осуществления пуска пусковой реостат (п) должен быть полностью выведен вручную или автоматически (п = 0). Двигатели постоянного тока малой мощности можно пускать и без пускового реоcтaтa, так как они обладают достаточно большим сопротивлением якоря. По сравнению с другими двигателями ДПТ имеют самые лучшие пусковые качества. Они могут развивать пусковой момент п = (ном при пусковом токе п = (2 2,5) I ном Это обеспечивает быстрый разгон механизмов, приводимых двигателями постоянного тока. Пусковой реостат, разделенный на секции, выполняется из провода или ленты с высоким удельным сопротивлением. Провода присоединяются к медным кнопочным или плоским контактам в местах перехода от одной секции обмотки якоря к другой. По контактам перемещается медная щетка поворотного рычага реостата. Пуск производится при последовательном уменьшении сопротивления реостата путем перевода рычага реостата с одного неподвижного контакта на другой и выключения секций. На рис. 99 показана схема пуска ДПТ с параллельным возбуж- дением. В начальный момент пуска пусковой реостат должен быть введен (па реостат вцепи возбуждения выведен (р = 0). Это необходимо для создания наибольшего магнитного потока припуске. Пусковые реостаты рассчитаны напусков, поэтому необходимо следить, чтобы в конце пуска пусковой реостат п был полностью выведен. Реверсирование ДПТ осуществляется путем изменения направления вращающего момента. Это достигается или посредством изменения направления тока якоря, или направления потока полюсов, те. тока возбуждения в. Обычно реверс ДПТ осуществляется путем переключения концов обмоток якоря. + – А А V V PA 1 PA 2 пр I Я Я в Рис. 99 164 13.5. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока Исходя из формулы частоты вращения ДПТ Ф я я, получаем три способа регулирования частоты вращения – реостатное регулирование – осуществляется путем изменения суммарного сопротивления цепи якоря и пускового реостата это регулирование неэкономично и применяется для двигателей малой мощности – полюсное регулирование – осуществляется посредством изменения магнитного потока полюсов Ф с помощью реостата вцепи обмотки возбуждения – якорное регулирование – осуществляется путем изменения напряжения, подводимого к якорю двигателя. Применяется в основном для двигателей с независимым возбуждением и требует наличия специального источника регулируемого напряжения, при этом пускового реостата не требуется, так как пуск осуществляется при малом напряжении. Последний способ широко используется в системах автоматического управления. 165 14. ЭЛЕКТРОПРИВОД 14.1. Понятие об электроприводе. Назначение и область применения Электропривод – совокупность устройств, приводящих в движение производственные механизмы и установки при помощи электрических двигателей. Современный электропривод – это электромеханический комплекс, в который кроме электродвигателей и рабочих машин входят устройства передачи движения от двигателя к машине (например, редуктор, преобразователи электроэнергии, а также системы управления, в простейшем случае представленные аппаратурой управления пуском, остановкой и аппаратурой регулирования работы привода. Кроме того, аппаратура управления защищает электродвигатели от перегрева и отключает их при отклонении условий работы от нормальных. Решение задач электропривода сводится к анализу работы проектируемого электропривода, технико-экономическому обоснованию выбора типа двигателя, системы управления им, расчету пусковых реостатов (если они есть) и составлению заявки на электрооборудование. Механические характеристики и нагрузочные диаграммы Для реализации заданного технологического процесса необходимо, чтобы вращающий момент двигателя преодолевал момент сопротивления производственного механизма при определенной скорости вращения (M вр = M сопр ). Выполнение этого требования возможно только при согласовании механической характеристики электродвигателя и механической характеристики рабочей машины. Механическая характеристика двигателя – это зависимость его частоты вращения от момента навалу, а механическая характеристика производственного механизма (рабочей машины) – это зависимость его частоты вращения от значения нагрузочного момента. По виду механической характеристики можно оценить электромеханические свойства электродвигателя, те. его пригодность 166 в качестве привода той или иной рабочей машины, так как равенство моментов должно быть при определенной частоте вращения рабочей машины. Такой режим называется установившимся режимом работы. Когда равенство моментов нарушается, агрегат может работать в новом установившемся режиме, но уже при другой частоте вращения, изменение которой допускается в определенных заранее заданных пределах. Для правильной работы электропривода необходимо построить совместную механическую характеристику двигателя и рабочей машины, которая позволяет определить не только частоту вращения, момент и мощность электропривода, но и диапазон регулирования частоты вращения, а также время перехода от одной частоты вращения к другой припуске, остановке или работе. Механические характеристики производственных механизмов используются для построения нагрузочных диаграмм, которые выражают изменение момента и мощности электропривода во времени. Таким образом, нагрузочная диаграмма – это графическая зависимость момента и мощности от времени работы электропривода. Нагрузочные диаграммы обычно задаются в технической документации. Они имеют разнообразный характер, по ним определяют номинальную мощность выбираемого двигателя, сравнивают его пусковой и максимальный моменты с заданными на диаграмме, определяют перегрузочную спocобность двигателя. 14.3. Основные режимы работы электропривода. Выбор электродвигателей Для электроприводов существуют 8 режимов работы (S 1 S 8), из которых основными являются три режима – длительный режим с постоянной и переменной нагрузками (S 1); – кратковременный режим (S 2); – повторно-кратковременный режим (S 3). Правильный выбор электродвигателя существенно зависит т режима работы электропривода. Кроме того, надо учитывать, что приросте нагрузки температура двигателя и его изоляции возрастает и может достигнуть опасных значений, превышающих допустимые, а это приведет к перегреву двигателя и даже к его разрушению. 167 Нагрев и охлаждение двигателей также зависит от различных режимов работы электропривода. Чтобы определить номинальную мощность электродвигателя, по которой он выбирается из каталога, надо знать нагрузочную диаграмму для различных режимов, учитывать то, что двигатель должен удовлетворять условиям допустимого нагрева, обладать максимальным моментом, достаточным для преодоления кратковременных перегрузок, а припуске двигатель должен иметь избыточный пусковой момент для обеспечения его разгона. Длительный режим с постоянной нагрузкой (S 1) – такой режим, при котором электродвигатель работает достаточно длительное время t, причем нагрузка его Р не меняется. При этом температура нагрева электродвигателя (С) достигает установившегося значения уст. Нагрузочная диаграмма этого режима показана на рис. 100. При этом режиме выбор двигателя сводится к следующему. 1. Предварительно выбираются род тока, питающего двигатель, напряжение сети, частота вращения и конструктивное исполнение двигателя. 2. Подсчитывается мощность Р с исполнительного механизма, приведенная к валу электродвигателя с учетом коэффициента полезного действия с = P 3. По полученной мощности Р с в каталогах выбирают двигатель с номинальной мощностью Р н P с t P Рис. 100 уст, уст 168 Специальной тепловой проверки в этом случае не требуется, так как нагрузка постоянная. Длительный режим с переменной нагрузкой (S 1). При этом режиме электродвигатели, также как ив предыдущем случае, должны работать длительное время, нос переменной во времени нагрузкой. Нагрузочная диаграмма такого режима показана на рис. 101. При этом режиме работают компрессоры, токарные, сверлильные, фрезерные станки. На щитке электродвигателей, работающих в этом режиме, обычно указывается символ «S 1». Определение номинальной мощности двигателя при этом режиме производят по методу средних потерь, но чаще всего по методу эквивалентных величин. Нагрузочная диаграмма может быть задана не только зависимостью) но и зависимостью момента от времени M = f (t). В этом случае подсчитывается эквивалентный момент по формуле , 2 1 2 2 2 2 1 2 1 эк n n n t .... t t t M .... t M t M M где M 1 , M 2 ...M n – значения моментов, взятые из нагрузочной диаграммы, а t 1 , t 2 ,…..t n – соответствующее этим моментам время. Подобной формулой можно пользоваться при подсчете эквивалентной мощности M max уст P, t 1 t 2 t n t 0 P max Рис. 101 P 169 n n t t t P t P t P P 2 1 2 2 2 2 1 экв, где P 1 ,…..P n и t 1 …..t n – значения мощности и времени, взятые из cooтветствующей нагрузочной диаграммы. По каталогу выбирается двигатель со значением номинальной мощности ном > P экв В случае подсчета эквивалентного момента, выраженного в Нм, по его значению определяется расчетная мощность, кВт экв р n M P , где n – частота вращения (об/мин), взятая из технического задания, 9550 – постоянный переводной коэффициент. Далее по каталогу надо выбрать двигатель так, чтобы ном р, выписать из каталога его номинальные данные ном ном коэффициенты перегрузки по пусковому и по максимальному току ном п п К M M ; ном max К коэффициент полезного действия и др. Кроме того, желательно, чтобы частота вращения n, взятая из технического задания, соответствовала бы по значению номинальной частоте вращения двигателя (ном. Если по тем или иным причинам невозможно выбрать n = n ном ,то приходится ставить редуктор, передаточное отношение которого (i), выбирается в соответствующей таблице. Далее подсчитывается номинальный момент двигателя ном ном ном 9550 n P M Выбранный для этого режима двигатель обязательно подлежит проверке на перегрузочную способность. Для этого по заданной нагрузочной диаграмме определяют максимальный момент (M max на рис. 101) и определяют отношение этого момента к номинальному. 170 Полученный коэффициент перегрузки К должен быть меньше К номинального, определенного по каталогу для выбранного двигателя (К К maxном ). Если это условие соблюдается, можно считать, что двигатель выбран правильно, если нет – приходится выбрать другой, близкий по значению двигатель, и снова делать проверку на его перегрузочную способность. Если жена нагрузочной диаграмме максимальный момент является пусковым (первым, то проверку выбранного двигателя надо делать по коэффициенту перегрузки (К п К п ном. Кратковременный режим (S 2) – такой режим, при котором двигатель pаботает ограниченное время с достаточно большими паузами При этом за время работы двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а вовремя паузы успевает полностью охладиться. В режиме кратковременной нагрузки работают вспомогательные приводы станков, разводных мостов, шлюзов, задвижек турбо- и газопроводов и пр. Крупными сериями эти двигатели не выпускаются. На щитках таких электродвигателей указывается время работы 15, 30, 60, 90 мин , но чаще всего символ «S 2». Нагрузочная диаграмма этого режима (I – нагрев II – охлаждение) показана на рис. 102. P, t t раб t паузы уст II I Рис. 102 P 171 Для этого режима мощность электродвигателя определяют по методу эквивалентных величин с последующим выбором двигателя в специальном для этого режима каталоге. Иногда можно использовать двигатели длительного режима, которые в течение краткого времени можно перегружать, но так, чтобы температура нагрева не превышала допустимой. Повторно кратковременный режим (S 3) – это такой режим, при котором время работы двигателя соизмеримо с временем паузы рис. 103). При этом в период работы двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а вовремя паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Перегрев двигателя изменяется по пилообразной кривой, состоящей из отрезков нагревания и охлаждения. Продолжительность цикла (цикла = работы + паузы) по ГОСТу не должна превышать 10 мин. При многократном повторении цикла перегрев колеблется около некоторого среднего значения температуры – ср В этом режиме работают электроприводы подъемных кранов, а также большинство металлорежущих станков. На щитке двигателей для этого режима указывается символ «S 3» и относительная продолжительность включений, выраженная в процентах – ПВ % 100 100 % ПВ ц р п р р t t t t t , где р – продолжительность работы, п – продолжительность паузы. t P, ср раб паузы Рис. 103 уст P 172 Значения ПВ % стандартизированно: 15; 25; 40; 60 %. Существуют специальные каталоги для двигателей, используемых в этом режиме, где указываются и стандартные ПВ % . Расчет и выбор электродвигателя производится следующим образом. По методу эквивалентных величин определяют экв или экв. Определяют действительное значение ПВ Если значение ПВ % близко к стандартному, то выбирают двигатель исходя из условия н экв Если же значение ПВ % значительно отличается от стандартного, то надо пересчитать мощность выбираемого двигателя для ближайшего стандартного ПВ % ст экв расч ПВ ПВ P P ; ст экв р ПВ ПВ M M 3. По каталогу выбирают двигатель с номинальной мощностью при стандартном ПВ % так, чтобы н P расч 4. Выбранный двигатель проверяют на перегрузочную способность также, как это делается для длительного режима В задачу электропривода при выборе электродвигателей входит вопрос регулирования частоты вращения производственных механизмов. В разд. 11.7 и 13.5 говорилось о способах регулирования частоты вращения асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока. Однако, в настоящее время благодаря внедрению силовых полупроводниковых преобразователей появилась возможность преобразовывать частоту переменного тока, что позволяет плавно ив широких пределах регулировать угловую скорость вращающегося магнитного поля а следовательно, экономично и плавно регулировать частоту вращения асинхронных и синхронных двигателей. Двигатели постоянного тока стоят значительно дороже, требуют большего ухода и изнашиваются быстрее, чем двигатели переменного тока. Тем не менее, в ряде случаев предпочтение отдается двигателю постоянного тока, позволяющему простыми средствами изменять частоту вращения электропривода в широких пределах (3:1, 4:1 и более. 173 14.4. Экономия электрической энергии на пищевых предприятиях. Экономия электрической энергии имеет большое общегосударственное значение, т. к. позволяет за счет рационального использования энергетических ресурсов повышать производительность предприятий и расширять предприятия без значительного наращивания общей установленной энергетической мощности. Основными показателями, служащими для оценки эффективности использования электроэнергии на предприятиях, являются – удельные расходы электроэнергии – удельная мощность – коэффициент мощности. Удельные расходы определяются по формуле где W – расход электроэнергии за время t ; Q – количество продукции, выработанное в течение этого времени. Удельные расходы для отдельных отраслей промышленности нормируются и указываются в соответствующих таблицах. Удельная мощность – это фактически потребляемая мощность, приходящаяся на единицу выработанной в час или смену или сутки продукции или на переработку сырья и полуфабриката. Коэффициент мощности (cos ) – это один из важнейших показателей, характеризующих использование (загрузку) установленного оборудования. С уменьшением cos возрастают электрические потери в сетях за счет реактивных токов. Если разделить разность показаний счетчиков реактивной энергии за некоторое время на разность показаний счетчиков активной энергии за это же время, то можно получить средневзвешенный tg ; по которому определяется коэффициент мощности |