предприятий пищевой промышленности




 

6.1 Общие сведения об электроприводе машин и установок

пищевых производств

 

Электрическим приводом (ЭП) называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

По характеру движения различают ЭП вращательного и поступательного движения. При этом скорость рабочего органа может быть регулируемой или нерегулируемой, а движение - непрерывным или дискретным, однонаправленным или реверсивным.

По виду силового преобразователя можно выделить следующие основные виды ЭП: электропривод с непосредственным включением в сеть (без силового преобразователя); ЭП с выпрямителем (управляемым или неуправляемым); ЭП с преобразователем частоты; ЭП с импульсным преобразователем напряжения постоянного тока. В современных силовых преобразователях используются силовые (мощные) транзисторы, диоды и тиристоры.

По количеству используемых двигателей различают групповой, индивидуальный и взаимосвязанный ЭП. В групповом ЭП один двигатель приводит в движение несколько исполнительных органов машины. Индивидуальный ЭП обеспечивает движение одного исполнительного органа рабочей машины. Взаимосвязанный ЭП представляет собой два или несколько электрически или механически связанных между собой индивидуальных электродвигателей, работающих совместно на один исполнительный орган машины. Если двигатели связаны механически и работают на общий вал, такой взаимосвязанный ЭП называется многодвигательным.

Производственные машины с частотой вращения валов от 25 до 250 об/мин обычно комплектуются мотор-редукторами, в которых асинхронный трехфазный электродвигатель конструктивно объединен с редуктором. Применение мотор-редукторов позволяет значительно упростить и удешевить конструкцию ЭП. Благодаря блочно-модульной конструкции мотор-редуктора в рамках стандартного исполнения, могут быть получены практически любые характеристики привода по мощности, частоте вращения выходного вала, варианту исполнения и установки.

 

6.2 Режимы работы электропривода

 

Различают три основных режима работы электропривода: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Продолжительный режим – это режим такой длительности работы двигателя, при котором температура всех его элементов достигает установившегося значения, то есть наступает тепловой баланс между двигателем и окружающей средой. В таком режиме работает электропривод вентиляторов, компрессоров, насосных станций, конвейеров непрерывной подачи и других механизмов.

Кратковременный режим – это такой режим, при котором время работы двигателя невелико и температура двигателя не успевает достичь установившегося значения. Перерывы в работе двигателя при этом режиме велики и двигатель успевает охлаждаться до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Такой режим характерен для механизмов кратковременного действия: шлюзов, шлагбаумов, дверных механизмов и многих других.

Повторно-кратковременный режим – это режим, при котором периоды работы двигателя чередуются с паузами. При этом ни в один из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время снятия нагрузки двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Важной характеристикой данного режима является относительная продолжительность работы (ПР, %), равная отношению времени работы двигателя ТР ко всему периоду Т, включающему паузы.

 

ПР = (ТР / Т)100%. (6.1)

Примерами механизмов с повторно-кратковременным режимом работы являются подъемные механизмы (краны, лебедки), транспортные механизмы (электрокары), дозирующие устройства и так далее.

В соответствии с режимом работы электропривода определяется номинальная мощность электродвигателя как основного элемента. Под номинальной мощностью двигателя понимают полезную механическую мощность на его валу в течение времени, соответствующему его номинальному режиму - продолжительному, кратковременному или повторно-кратковременному при определенной продолжительности включения.

В короткий промежуток времени двигатель может развивать мощность значительно большую, чем номинальная. Мгновенная перегрузочная мощность двигателя – это наибольшая мощность на валу, развиваемая двигателем в течение малого промежутка времени без каких-либо повреждений. Потребность в такой мощности может иметь место при пуске машины или при быстром изменении скоростного режима.

 

6.3 Нагрев и охлаждение электродвигателей

 

Тепловой режим электродвигателя зависит от нагрузки и от интенсивности его охлаждения. Во время работы двигателя его температура ТДВ не должна быть выше предельно допустимой температуры. Большинство двигателей охлаждаются вентиляторами, которые установлены на валу со стороны задней крышки статора. Однако для правильного выбора двигателя, предназначенного для работы в любом из основных режимов, необходимо знать закон изменения во времени превышения температуры υ двигателя над температурой окружающей среды ТСР (υ = ТДВ - ТСР).

В большинстве случаев использования двигателя широко распространенных типов приводов с продолжительным режимом работы его мощность рассчитывается по эмпирическим формулам, помещенным в справочники. Для малоизученных приводов с этим режимом работы мощность двигателя определяют опытным путем либо рассчитывают на основе удельного расхода энергии при выпуске продукции.

При кратковременном и повторно-кратковременном режимах, когда не требуется высокая точность, используют упрощенный метод расчета, основанный на предположении, что двигатель представляет собой однородное тело. В этом случае процесс нагрева двигателя можно описать уравнением:

 

(6.2)

 

где С – теплоемкость электродвигателя; Н – теплоотдача электродвигателя; υ MAX = Q0/H; Q0 тепловая мощность (тепловая энергия, образующаяся в двигателе в единицу времени).

Решение уравнения (6.2) будет иметь вид:

 

(6.3)

 

где τ = С/Н – постоянная времени нагрева электродвигателя, определяемая экспериментальным путем; υ0 – начальное значение превышения температуры.

Рис. 6.1 – Графическая зависимость υ(t)

Графически зависимость υ(t), полученная согласно выражению (6.3), приведена на рис. 6.1. При υ0 = 0 эта зависимость нарастает по экспоненциальному закону, стремясь к значению υMAX. При υ0 > 0 изменяется только скорость возрастания превышения температуры υ. Характер процесса остается экспоненциальным. Построение таких графиков позволяет оценивать возможности использования двигателя по его загруженности.

При повторно-кратковре-менном режиме электродвигатель попеременно то нагревается, то охлаждается. Изменение его температуры в каждом таком цикле зависит от предыдущего цикла (Рис. 6.2). Если в каком-то цикле происходит значительное изменение условий охлаждения (длительная остановка двигателя, существенное изменение температуры окружающей среды), то изменится постоянная времени нагрева электродвигателя, что приведет к изменению скорости процессов нагрева и охлаждения. Это необходимо учитывать при построении графиков нагрева.

Такие графики, хотя и отображают наглядно процессы нагрева и охлаждения двигателя, однако не дают точных результатов и требуют много времени на их построение.

 

Рис. 6.2 – График нагрева двигателя при повторно-кратковременном режиме работы

 

На практике для выбора мощности двигателя применяют более простые методы, такие как метод эквивалентного тока иметод эквивалентного момента.

В основу метода эквивалентного тока положено допущение, что при переменной нагрузке на двигатель его средние потери равны потерям при продолжительной номинальной нагрузке. Так как мощность переменных потерь пропорциональна квадрату рабочего тока I и сопротивлению соответствующей обмотки R, то суммарные потери энергии W за все рабочее время Т, равное сумме отдельных рабочих промежутков времени двигателя, должны быть равны

 

(6.4)

 

где РПОСТ – мощность постоянных потерь (трение, потери в магнитопроводе, затраты на возбуждение); IЭ – эквивалентный ток.

 

 

Эквивалентный ток определяется как

 

(6.5)

 

Если известен эквивалентный ток, номинальное напряжение и номинальный коэффициент мощности, то можно определить номинальную мощность двигателя:

 

РНОМ ≥ UНОМ IЭ cosφНОМ . (6.6)

 

Метод эквивалентного тока применим при постоянных потерях в двигателе в течение всего рабочего времени. Это условие, например, не выполняется в двигателях с последовательным возбуждением, у которых при изменении нагрузки изменяются магнитный поток и частота вращения, соответственно будут изменяться потери в магнитопроводе и потери на трение.

Метод эквивалентного момента базируется на том, что у всех электродвигателей вращающий момент пропорционален произведению тока и магнитного потока. Магнитный поток можно считать практически постоянным у всех двигателей, кроме двигателей с последовательным и смешанным возбуждением. В этом случае МВР = kBP I (kBP - постоянная величина). Тогда

 

(6.7)

 

По известному моменту МВРЭ и номинальной угловой скорости ωНОМ получают номинальную мощность двигателя

 

РНОМ ≥ МВРЭωНОМ . (6.7)

 

6.4. Управление электроприводом

 

При управлении электроприводом необходимо осуществлять ряд операций: пуск и остановка; торможение; реверсирование; регулирование скорости вращения в соответствии с требованиями технологического процесса. Для обеспечения надежной работы электропривода необходимо обеспечивать заданный порядок операций по управлению и должны исключаться ошибочные действия оператора. С учетом этого схемы управления оснащаются цепями автоматических блокировок и средствами защиты от перегрузок двигателя и от аварийных режимов.

Наиболее простая схема управления трехфазным асинхронным электродвигателем, часто используемая в электроприводе многих производственных агрегатов, строится на основе магнитных пускателей. Эта схема, за счет наличия контактора, обеспечивает дистанционность управления. Для защиты от перегрузок и от токов короткого замыкания служат тепловые реле и плавкие предохранители. За счет наличия в цепи питания катушки контактора вспомогательных контактов обеспечивается «нулевая защита». При значительном снижении напряжения сети или его исчезновении двигатель отключается и предотвращается его самопроизвольное включение. Однако эта схема не позволяет изменять направление вращения и регулировать скорость вращения управляемого двигателя.

На рис.6.3 приведена схема управления асинхронным электродвигателем при помощи реверсивного магнитного пускателя, позволяющая изменять направление вращения двигателя. В данной схеме используются два электромагнитных контактора – КМ1 и КМ2. За счет разного соединения главных контактов этих контакторов при их срабатывании обеспечивается изменение чередования фаз на двигателе - АВС при срабатывании КМ1 и АСВ при срабатывании КМ2. За счет этого происходит изменение направления вращения двигателя. Для изменения направления вращения или торможения двигателя вначале нажимается кнопка «Стоп», что приводит к отключению ранее включенного контактора (например КМ1, двигатель вращался вперед), после чего нажимается кнопка «Назад». Это приводит к выключению контактора КМ1 и подачу на двигатель питающего напряжения с другим порядком чередования фаз. Произойдет торможение противовключением (если двигатель вращался) и разбег в противоположную сторону. Особенностью схемы является то, что в ней задействованы нормально замкнутые (размыкающие) контакты обоих контакторов (Рис. 6.3). Размыкающий контакт контактора КМ1 включен в цепь катушки КМ2, а контакт КМ2 - в цепь катушки КМ1. Это позволяет избежать короткого замыкания при изменении направления вращения без нажатия кнопки «Стоп» или при одновременном нажатии кнопок «Вперед» и «Назад». Эта схема тоже не обеспечивает регулирование скорости вращения двигателя.

 
Рис.6.3 – Схема управления асинхронным электродвигателем при помощи реверсивного магнитного пускателя  

Для регулирования частоты вращения асинхронных двигателей используются схемы, содержащие преобразователи частоты.

В таких схемах (Рис. 6.4) трехфазное сетевое напряжение сначала выпрямляется с помощью трехфазного выпрямителя В и используется далее для питания управляемого электронного (транзисторного) генератора УГ, который формирует трехфазное напряжение для питания асинхронного двигателя М. Частота этого напряжения задается системой управления СУ. Для обеспечения необходимого вращающего момента двигателя при изменении частоты изменяется и величина напряжения. В наиболее совершенных преобразователях цифровая система управления отслеживает напряжения на обмотках двигателя, сдвиг фаз между ними, определяет скольжение и угловое положение ротора. На основе этих данных в реальном масштабе времени рассчитывается оптимальное положение вращающегося магнитного поля статора и генерируется соответствующее напряжение для питания двигателя.

   
Рис. 6.4 – Схема управления асинхронным электродвигателем с преобразованием частоты

Выходная частота управляемого генератора может изменяться в широких пределах – от единиц герц до 400 Гц. Система управления обеспечивает плавный разгон и торможение двигателя по заданному закону. Обеспечивается также защита электродвигателя и преобразователя от перегрузок по току и от обрыва фаз. Применение частотных преобразователей для управления асинхронными электродвигателями позволяет экономить до 30% электроэнергии за счет поддержания оптимального значения КПД и cosφ.

Существуют и другие, например, тиристорные схемы управления частотой вращения асинхронных электродвигателей.


7 Электротехнология и ее использование в



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: