Общие сведения об электроприводе

Исходными данными для выбора электропривода и управляющего устройства электропривода конкретного механизма являются значения расчетных нагрузок, параметры регулирования, требования по износостойкости (допустимое число включений), экономические показатели и показатели габаритов и массы.

Асинхронные двигатели в грузоподъемных машинах находят наибольшее распространение.

Асинхронный двигатель (рисунок 3.1) состоит из подвижной части – ротора 2 и неподвижной – статора 4, крышек 3 и вентилятора 1. При включении двигателя в сеть трехфазная симметричная обмотка статора создает в воздушном зазоре между статором и ротором вращающееся магнитное поле, которое наводит ЭДС и ток в замкнутой обмотке ротора. В результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора создается крутящий момент на валу ротора.

Частота вращения магнитного поля равна:

(3.1)

где f – частота тока (Гц), р – число пар полюсов.

Частота вращения ротора отстает от частоты изменения магнитного поля и это различие характеризуется величиной, называемой скольжением:

(3.2)

где - частота вращения ротора.

Скольжение пропорционально зависит от приложенного к валу ротора момента, т.е. с увеличением нагрузки скольжение увеличивается.

Ротор – стальной вал, на котором напрессован сердечник, собранный из изолированных друг от друга тонких листов электротехнической стали. На поверхности сердечника сделаны пазы для укладки обмотки. Роторы асинхронных двигателей изготовляют двух видов: короткозамкнутые и с контактными пальцами (фазный ротор).

Обмотка короткозамкнутого ротора (рисунок 3.1, а) представляет собой цилиндрическую клетку, так называемое «беличье колесо» (рисунок 3.1, в), состоящее из медных шин и алюминиевых стержней. Стержни вставляют без изоляции в пазы ротора и замыкают накоротко по торцам кольцами.

Обмотка фазного ротора (рисунок 3.1, б) выполнена изолированным проводом. Свободные концы обмотки подведены к контактным кольцам 6, расположенным на валу ротора. По кольцам скользят щетки, через которые обмотка соединена с пусковым реостатом, включенных в цепь для уменьшения пусковых токов. Щетки прижимаются щеткодержателями 7 с пружинами и кольцом 6. Для охлаждения обмоток двигателя на валу роторов устанавливают вентиляторы 1, а в статорах и крышках есть вентиляционные отверстия 5.

Статор – литой чугунный корпус цилиндрической формы, внутри которого запрессован цилиндрический сердечник из тонких листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга слоем лака для уменьшения потерь на вихревые токи.

На внутренней поверхности сердечника сделаны пазы для укладки трехфазной обмотки. Концы обмотки (рисунок 3.2) выведены к контактным зажимам на щитке, расположенным на поверхности статора и соединены между собой звездой (при напряжении 380 В) или треугольником (при напряжении сети 220 В). Таким образом, один и тот же двигатель может быть включен в сеть с напряжением 380 В или 220 В.

Рисунок 3.1 – Асинхронные двигатели:

а – с короткозамкнутым ротором, б – с фазным ротором (с контактными кольцами), в – «беличье колесо»; 1 – вентилятор, 2 – ротор, 3 – крышка, 4– статор, 5 – отверстие для вентиляции, 6 – контактное кольцо, 7 – щеткодержатели с щетками

а б

Рисунок 3.2 – Включение обмоток статора асинхронного двигателя треугольником (а) и звездой (б)

В грузоподъемных машинах используют специальные крановые, металлургические двигатели и двигатели общепромышленного назначения. Специальные крановые двигатели отличаются от двигателей общепромышленного назначения повышенной перегрузочной способностью и надежностью работы при частых пусках и остановках. Перегрузочная способность электродвигателей оценивается коэффициентом перегрузки:

(3.3)

где - соответственно максимальный и номинальный моменты.

Для двигателей переменного тока ψ составляет 2,5 – 3,4, а постоянного – 2,5 – 4,0.

Одним из основных параметров двигателей является предел регулирования λ, под которым понимается отношение номинальной частоты вращения вала двигателя к устойчивой минимальной:

. (3.4)

Обычно, для нормальной работы грузоподъемных машин достаточен предел регулирования λ=3, который на двигателе с фазным ротором обеспечивается пусковыми ступенями реостата (рисунок 3.3).

В этом случае запуск двигателя с фазным ротором осуществляется по искусственным характеристикам.

Для привода постоянного тока нормального исполнения предел устойчивости регулирования λ=10, в ряде случаев – достигает 20.

Рисунок 3.3 – Пусковые характеристики (а) и схема асинхронного двигателя с фазным ротором с пусковыми реостатами (б)

Допускаемая нагрузка электрических двигателей определяется относительной продолжительностью включения (ПВ), которая при проектировании приводов может приниматься равной 15; 25; 40 и 60%, что соответствует соответственно легкому, среднему, тяжелому и весьма тяжелому режиму работы. Если время цикла двигателя больше 10 мин, то продолжительность включения ПВ=100%.

Крановые двигатели имеют переменную мощность, зависящую от режима их использования. Номинальной считается мощность при ПВ=25%, а при ПВх допускаемая мощность:

. (3.5)

На грузоподъемных машинах устанавливается крановые и металлургические асинхронные двигатели переменного тока серий MTF, MTH, 4МТН с фазным ротором, серий MTКF, MTКH, 4МТКН с короткозамкнутым ротором в закрытом обдуваемом исполнении. Основной режим всех серий 40%.

Двигатели с короткозамкнутым ротором отличаются простотой, удобством управления. Однако большие пусковые токи при пуске (в 5 – 7 раз больше номинального) вызывают повышенный нагрев двигателя и приводят к большим динамическим нагрузкам. В двигателях с короткозамкнутым ротором невозможно регулировать скорость. Поэтому применяется для привода механизмов небольшой мощности.

В некоторых механизмах машин находят применение двух и трехскоростные короткозамкнутые двигатели мощностью от 7,5 до 45 кВт.

Двигатели крановые и металлургические односкоростные выпускаются мощностью также до 45 кВт.

Двигатели серии МТ выпускаются мощностью 3,5 – 200 кВт при ПВ=25%.

Крановые и металлургические двигатели постоянного тока серии Д выпускаются тихоходные с числом включений до 2000 в час и быстроходные, рассчитанные на 300 включений в час с горизонтальным расположением вала, и двигатели ДВ – вертикального исполнения напряжением 220 и 440 В. Мощность таких двигателей при ПВ=15% в интервале 3,5 – 187 кВт.