Методика выбора электродвигателя

Общие положения

Методика выбора электродвигателя по мощности для различных реальных режимов работы машины (механизма) базируется на косвенной оценке мощности тепловых потерь через эквивалентные, по условиям нагрева, значения силы тока главной цепи электродвигателя или нагрузочного момента , или мощности на его валу. Эти эквивалентные величины вводятся из условия равенства обусловленных ими тепловых потерь и мощности тепловых потерь.

Если в процессе работы электродвигателя активное сопротивление главной цепи остается неизменным , используется ; если момент, развиваемый электродвигателем, пропорционален силе тока в главной цепи, а магнитный поток возбуждения постоянный , используется ; если мощность, развиваемая электродвигателем пропорциональна силе тока в главной цепи, т.е., если , используется .

Использование эквивалентных значений возможно только при известной нагрузочной диаграмме в виде зависимости или - момента или мощности в функции времени. Методика выбора электродвигателя состоит из двух этапов: предварительного и окончательного. Это обусловлено отсутствием на начальный момент выбора электродвигателя полной характеристики кинематических, инерционных параметров. Имеются только исходные данные технического задания, характеризующие кинематический параметр исполнительного механизма и параметры выполняемой технологической операции, а также ряд геометрических параметров, масс узлов и деталей.

В общем случае расчет выполняется в следующей последовательности:

1 – разработка кинематической схемы машины, механизма, составление на основании выполняемого машиной технологического процесса перечня операций, входящих в один цикл, включая возможные отклонения от номинального процесса – аварийные ситуации;

2 – предварительный расчет продолжительности каждой операции и пауз по данным технического задания без учета периодов разгона и торможения;

(3.10)

где - линейное перемещение исполнительного звена машины, механизма при выполнении i-ой операции, м;

- номинальная линейная скорость исполнительного звена машины, механизма при выполнении i-ой операции, м/с;

- угловое перемещение, угол поворота исполнительного звена машины, механизма при выполнении i-ой операции, рад;

- номинальная угловая скорость исполнительного звена машины, механизма при выполнении i-ой операции, рад/с.

Если известна частота вращения об/мин исполнительного механизма при выполнении i-ой операции, то:

, с.

(3.11)

Продолжительность пауз обуславливается выполняемым технологическим процессом.

3 – разработка расчетной схемы и расчет статических нагрузок при выполнении каждой операции, включая аварийную ситуацию: силы, моменты, мощности на исполнительном, рабочем звене машины, механизма;

4 – построение для всего цикла предварительной нагрузочной диаграммы по пунктам 1-3, расчет , , , ;

5 – анализ диаграммы и предварительное определение режима работы;

6 – расчет момента, мощности для предварительного выбора электродвигателя по методике соответствующего режима с использованием диаграммы пункта 4;

7 – предварительный выбор электродвигателя с соответствующим номинальным режимом работы по данным пункта 6 с учетом положений раздела 2;

8 – расчет кинематических параметров: передаточные числа, угловые и линейные скорости, ускорения по всей кинематической цепи машины механизма; выбор редуктора, муфт, тормоза, а в случае необходимости расчет геометрических параметров деталей из условия прочности, жесткости;

9 – расчет инерционных параметров всех узлов и деталей машины (механизма), приведение их к валу электродвигателя.

, кг×м^2

(3.12)

где - момент инерции моторной муфты, кг×м²;

- момент инерции тормозного шкива, кг×м²;

- коэффициент, учитывающий моменты инерции деталей приводного механизма (редуктор, передачи, коренная муфта и т.д.);

-момент инерции вращающейся i-ой детали исполнительного механизма, кг×м²;

- масса поступательно движущейся i-ой детали исполнительного механизма, кг;

- угловая скорость i-ой детали исполнительного механизма, с^-1;

-номинальная угловая скорость якоря электродвигателя, с^-1;

- линейная скорость i-ой детали исполнительного механизма, м/с;

_i - количество электродвигателей, моторных муфт, тормозов в приводе.

Значения моментов инерции якоря, ротора электродвигателя, муфт, тормозных шкивов находят по каталогам, остальных деталей рассчитывают по приведенным в литературе зависимостям [3, с. 51; 4, с. 26].

10 – расчет продолжительности (времени) разгона (пуска), торможения, установившегося движения по всем операциям цикла;

С достаточной для практических целей точностью обычно принимают трапецеидальный закон изменения скорости исполнительного звена с линейными зависимостями в периоды разгона и торможения, рис. 3.2. В этом случае продолжительность установившегося движения:

, с ,с

(3.13)

где - время пуска на i-ой операции, с;

- время торможения на i- ой операции, с.

Расчет , выполняется по общепринятым зависимостям [3]:

, c , c

(3.14)

где - средний пусковой момент предварительно выбранного электродвигателя, Н×м;

- средний тормозной момент, развиваемый предварительно выбранным электродвигателем при электрическом торможении, Н×м;

- статический момент в периоды разгона, торможения при выполнении i-ой операции, приведенный к валу электродвигателя, Н×м.

Рисунок 3.2 – Трапецеидальный закон изменения скорости

При подстановке в расчетные зависимости значения учитывается его знак.

Следует иметь в виду, что при расчете не учитывается тормозной момент механического тормоза. Торможение осуществляется электродвигателем (электрическое торможение), а тормоз используется для фиксации остановленного привода после отключения электродвигателя. Что касается статического момента, подставляемого в зависимости (3.14), то его величина берется из нагрузочной диаграммы для периодов разгона и торможения.

В практической деятельности принимают:

, Н×м или , Н×м

(3.15)

где - начальный пусковой момент предварительно выбранного электродвигателя по каталогу, Н×м;

- кратность пускового момента предварительно выбранного двигателя по каталогу;

- минимальный пусковой момент предварительно выбранного электродвигателя во время переключения пусковых ступеней, Н×м. Для электродвигателей переменного тока с короткозамкнутым ротором , для остальных .

- минимальная кратность пускового момента во время переключения пусковых ступеней. Для электродвигателей переменного тока с короткозамкнутым ротором , для остальных общепринято , хотя возможно [3];

- номинальный момент предварительно выбранного электродвигателя, Н×м.

;

где - номинальная мощность предварительно выбранного электродвигателя, Вт.

Что касается среднего тормозного момента при электрическом торможении Т_{торм.ср}, то его величина принимается равной величине среднего пускового момента. Не путать с величиной тормозного момента механического тормоза. Механический тормоз выбирается по тормозному моменту, величина которого определяется функциями машины, механизма.

Находят применение и такие методики расчета:

- продолжительность разгона и торможения принимается в виде конкретного значения на основании практики эксплуатации аналогичных машин;

- продолжительность разгона и торможения рассчитывается исходя из допустимых или рекомендуемых значений ускорений с учетом технологического назначения машины, механизма или других ограничений – отсутствие буксования, движения юзом и т.д.

, c; , c; , c; ;

(3.16)

где - допустимое, рекомендуемое линейное ускорение исполнительного звена машины, механизма при разгоне на i-ой операции, м/с²;

- допустимое, рекомендуемое угловое ускорение исполнительного звена машины, механизма при разгоне на i-ой операции, рад/с²;

- допустимое, рекомендуемое линейное замедление исполнительного звена машины, механизма при торможении на i-ой операции, м/с²;

- допустимое, рекомендуемое угловое замедление исполнительного звена машины, механизма при торможении на i-ой операции, рад/с².

11 – расчет приведенных к валу электродвигателя статических, динамических и суммарных нагрузок по всем операциям цикла, включая аварийную ситуацию. Если предварительно выбранный электродвигатель в процессе работы сохраняет постоянным активное сопротивление, например, электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения, то в этом пункте, используя механическую характеристику электродвигателя, находят значения сил токов для соответствующих величин нагрузок.

, Н×м

(3.17)

где - угловое ускорение, замедление якоря электродвигателя при разгоне, торможении на i-ой операции, с^-2.

, с^-2; , с^-2; , Н×м.

(3.18)

12 – построение для всего цикла уточненной нагрузочной диаграммы по данным пунктов 2, 4, 10, 11, расчет уточненных значений , , , ;

13 – анализ диаграммы и уточнение режима работы;

14 – расчет момента, мощности для окончательного выбора электродвигателя по методике соответствующего режима с использованием уточненной диаграммы пункта 12;

15 – выбор электродвигателя с учетом данных пунктов 13, 14;

16 – корректировка результатов расчета пунктов 8-12 в случае несовпадения предварительно и окончательно выбранного электродвигателя;

17 – проверка электродвигателя, выбранного в пункте 15, по условиям пуска, не упуская из вида аварийную ситуацию;

18 – проверка электродвигателя, выбранного в пункте 15, по перегрузочной способности, не упуская из виду аварийную ситуацию;

19 – в случае невыполнения условий пункта 17 или 18 выбор нового электродвигателя, удовлетворяющего требованиям этих пунктов, и последующая корректировка расчетов по пунктам 8-12;

Приведенная выше методика подвергается корректировке путем исключения ряда пунктов в соответствии с режимом работы рассматриваемой реальной машины (механизма).

Дата добавления: 2015-07-16