Выбор мощности двигателя

Одним из основных условий выбора электродвигателя является соответствие его мощности производственного механизма, приводимого во вращение. Для предварительного выбора двигателя нужно знать ориентировочные значения статических моментов сопротивления па валу механизма при подсинхронной угловой скорости вращения ротора (ω = 0,95ω₁), а также нагрузочный статический момент (см. табл. 4).

Факторами, определяющими выбор двигателя, являются также режим его работы. Различают нагрузки: продолжительную, практически постоянную; длительную переменную; кратковременную; повторно-кратковременную.

15. Использование электрических разрядов в электротехнологических процессах.

Традиционно выделяют пять групп электротехнологических процессов (рис. 1.1).

Электротермия

Электротехнология

Электромехани-ческие методы

Электросварка

Электро-химические методы

Электро-физические методы

Аэрозольные технолгии

Рис. 1.1. Классификация электротехнологических процессов

В электротермических процессах используется превращение электрической энергии в тепловую для нагрева материала изделий с целью изменения их агрегатного состояния, формы или свойств.

В электросварочных процессах получаемая из электрической энергии тепловая энергия используется для создания неразъемного соединения деталей.

В электрохимических процессах с помощью электрической энергии осуществляется разложение химических соединений и их разделение в жидкой среде под действием электрического поля (электролиз, гальванотехника, анодная электрохимическая обработка).

Электрофизические методы используют специальные физические эффекты для превращения электрической энергии как в тепловую, так и в механическую (электроэрозионные, ультразвуковые, магнитоимпульсные, электровзрывные, плазменные, электронно-лучевые, лазерные технологии).

В аэрозольных технологиях (электронно-ионных) энергия электрического поля используется для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке частицам и для перемещения их в заданном направлении.

Наряду с перечисленными методами в различных отраслях промышленности нашли применение технологические процессы и установки, в которых основные и вспомогательные операции реализуются за счет непосредственного механического (силового) воздействия электрического и магнитного полей на обрабатываемые изделия и материалы. Такие методы и установки можно классифицировать по виду полей, воздействующих на объекты технологической обработки: стационарные, пульсирующие, вращающиеся, бегущие.

Наиболее известны и широко применяемые электротехнологические установки (ЭТУ) используют силовое действие стационарных электрического и магнитного полей. Например, стационарные электрические поля применяются в аэрозольных технологиях (пылегазоочистка, электроокраска, электрография, нанесение порошковых покрытий), в электрических сепараторах для разделения твердых сыпучих смесей, в устройствах водоочистки.

Стационарные магнитные поля используются в магнитных сепараторах

для извлечения ферромагнитных предметов и частиц из сырья и отходов, для разделения минеральных смесей в обогатительном производстве, при водоочистке, а также для захвата или фиксации стальных заготовок и удаления металлоотходов из рабочей зоны при металлообработке.

С использованием пульсирующих магнитных полей работает ряд электродинамических устройств и некоторые виды магнитных или электродинамических сепараторов.

Воздействие импульсных электромагнитных полей применяется в устройствах для магнитоимпульсной обработки материалов давлением и при электродинамической сепарации.

Вращающиеся и бегущие магнитные поля используются в МГД-технологиях, обработке жидких металлов (перемешивание, транспортировка и т.д.), при электродинамической сепарации и водоочистке.

Перечисленные процессы и установки, использующие механическое действие электрического и магнитных полей, нашли достойное применение в самых различных отраслях промышленности (металлургия, металлообработка, машиностроение, горнообогатительное производство, природоохранные технологии).

Отличительной особенностью всех указанных электромеханических технологических устройств является то, что их рабочим телом непосредственно служат обрабатываемые изделия и материалы, т.е. отсутствуют промежуточные электромеханические преобразования энергии. Наличие такого четкого обобщающего признака позволяет классифицировать электромеханические технологические процессы и установки как отдельную группу в ряду других электротехнологических методов и установок. Очевидно, что выделяемая в традиционной классификации группа “аэрозольные технологии” поглощается более широким понятием “электромеханические методы”.

В левой части схемы (рис.1.1.) указаны процессы, основанные на преобразовании электрической энергии в тепловую.

В центре схемы (рис.1.1.) – электрохимические и электрофизические методы, в которых основные процессы под действием электрической энергии происходят на молекулярном уровне.

В правой части схемы (рис. 1.1) – методы, основанные на использовании электромагнитных сил.

Группу технологий, размещенных в центре схемы (рис. 1.1) можно разбить на подгруппы:

· первая подгруппа – методы высокоинтенсивного нагрева (электронно-лучевые, плазменные, лазерные), тяготеющие к электротермии и электросварке.

· вторая подгруппа – ионно-обменные методы (электрохимические технологии).

· третья подгруппа – электроакустические ультразвуковые методы, примыкающие к электромеханическим процессам.

Такая схема приближается к схеме идеальной классификации электротехнологических методов (электротермические, электрохимические,

электромеханические), соответствующие трем видам преобразования энергии: тепловая, химическая, механическая.

Современный электротехнологический процесс характеризуется множеством параметров, определяющих его основные технико-экономические показатели: производительность, качество конечного продукта, удельные затраты энергии и труда, массу и габариты установленного оборудования, себестоимость готовой продукции и многое другое.

Рис. 1.2. Функциональная схема электротехнологического процесса.

При этом определяющие показатели технологического процесса зависят не только от выбранного способа обработки (технологии), но в существенной мере и от параметров, и режимов работы отдельных элементов (блоков технологического оборудования).

Для создания заданного конечного продукта с требуемыми характеристиками необходимо определенным образом преобразовать электроэнергию, получаемую, как правило, от промышленной сети переменного тока.

В зависимости от вида технологического процесса первичная электроэнергия преобразуется в конечном виде в энергию химических связей, механическую энергию, либо во внутреннюю энергию. Нередко процесс преобразования энергии является многократным. Например, при лазерной резке электрическая энергия первоначально превращается в энергию когерентного светового излучения, которая, воздействуя на деталь, разогревает либо испаряет материал детали, совершая тем самым механическую работу. При ионном азотировании на поверхности обрабатываемых деталей образуются химические соединения обрабатывающей газовой среды с материалом деталей при одновременном ускорении диффузионных процессов в обрабатываемом материале. Таким образом, между обрабатываемым изделием и источником электроэнергии, как правило, присутствует определённая среда (газовая, жидкая, световая и т.д.), характеристики которой определяют характеристики нагрузки преобразователя электроэнергии.

Задача преобразователя электрической энергии: согласовать электрические параметры питающей сети с электрическими параметрами среды при обеспечении заданных условий. Качество конечного продукта существенно зависит от свойств среды, которые определяются характеристиками преобразователя электрической энергии и характеристиками дополнительного оборудования (например, откачной системы, характеристиками газовой среды в ионном азотировании).

В современной электротехнологии электроэнергия, получаемая от промышленной сети переменного тока, как правило, должна быть преобразована к виду, удобному для потребления (электрическая энергия постоянного тока с заданными параметрами, импульсная электроэнергия, энергия переменного тока повышенной частоты и т.д.). При этом через преобразователь электроэнергии передаётся основная часть либо вся энергия, потребляемая технологическим процессом, в том числе и вспомогательная энергия, выводимая из технологического контура, например в виде избыточной тепловой энергии, снимаемой с газовой среды в ионном азотировании, лазерных установках и т.д.

Таким образом, преобразователь электрической энергии оказывает

непосредственное влияние на физические характеристики технологического процесса (η, cos φ, гармонический состав потребляемого тока, несимметрию и т.д.). Нередко выходные характеристики преобразователя оказывают непосредственное воздействие на конечный продукт и могут приводить к его необратимым изменениям (браку).

При возникновении дуговых разрядов в камере ионного азотирования необходимо быстрое отключение нагрузки от питающей сети во избежание образования раковин на обрабатываемой поверхности. Скорость отключения энергии, передаваемой в нагрузку при дуговом разряде, непосредственно определяется динамическими и нагрузочными характеристиками преобразователя. В процессе технологической обработки характеристики среды, в которой происходит процесс, непрерывно изменяются самопроизвольно, либо по программе, определяемой видом технологии. Наблюдаются плавные самопроизвольные изменения (деформация ВАХ

среды с ростом температуры, давления и т.д.), либо скачкообразные изменения (переход одного вида разряда в другой при ионном азотировании, образование контактных точек при электроконтактной сварке и т.д.). Таким образом, существует некоторая обратная связь со стороны нагрузки, поэтому выходные характеристики преобразователя должны отвечать требованиям, определяемым не только статическими, но и динамическими параметрами среды (нагрузки преобразователя).

Таким образом, преобразователь электрической энергии является

одним из главных, определяющих звеньев технологической цепи, оказывающих влияние на основные технико-экономические характеристики технологического процесса. Часто не удаётся оптимальным образом организовать электротехнологический процесс, приспосабливая к требованиям технологии известные типы преобразователей. Поэтому актуальна разработка новых видов преобразователей электроэнергии, наилучшим образом отвечающих задачам электротехнологии.

16. Расчет трехфазных цепей при соединении фаз источника энергии и приемника треугольником.

Как видно из схемы рис. 3.12, каждая фаза приемника при соединении треугольником подключена к двум линейным проводам. Поэтому независимо от значения и характера сопротивлений приемника каждое фазное напряжение равно соответствующему линейному напряжению:(3.16)

U _ф = U _л.

Если не учитывать сопротивлений проводов сети, то напряжения приемника следует считать равными линейным напряжениям источника.

На основании схемы рис. 3.12 и выражения (3.16) можно сделать вывод о том, что соединение треугольником следует применять тогда, когда каждая фаза трехфазного приемника или однофазные приемники рассчитаны на напряжение, равное номинальному линейному напряжению сети.

Фазные токи I_ab , I_bc и I_са в общем случае не равны линейным токам I_a , I_b и I_c. Применяя первый закон Кирхгофа к узловым точкам а, b и с, можно получить следующие соотношения между линейными и фазными точками:

(3.17)

I _a = I _ab - I _ca , I _b = I _bc - I _ab , I _c = I _ca - I _bc .

Используя указанные соотношения и имея векторы фазных токов, нетрудно построить векторы линейных токов.

17. Аппаратура управления электроприводом.

В автоматических устройствах для управления электроприводом применяются разнообразные электрические аппараты и элементы автоматики.

Рубильники являются простейшими ручными коммутационными устройствами для включения и отключения электрических цепей. Применяют одно-, двух- и трехполюсные рубильники, ножи которых скрепляются изоляционной планкой. Конструкция переключателей аналогична конструкции рубильников с тем отличием, что они обеспечивают соединение с двойным комплектом губок, расположенных с противоположных сторон от стойки.

Кнопки управления, универсальные переключатели, пакетные выключатели — ручные коммутационные устройства. Кнопки управления применяют для дистанционного управления электромагнитными аппаратами. Они служат для относительно редких включений и выключений и могут выполняться с самовозвратом в исходное положение и без него. Кнопка имеет один или два мостиковых контакта. Несколько кнопок, объединенных в едином корпусе, образуют кнопочный пост. Универсальные переключатели устанавливают на щитах и пультах управления для ручного переключения цепей управления и силовых цепей малой мощности. Они позволяют получить любую последовательность переключений применительно к различным условиям работы.

На финском оборудовании универсальные переключатели применяют для управления приводами. Переключатели способны работать в цепях с током от 12 до 200 А; максимальное число контактных пар —12; число фиксированных положений рукоятки — 2; 3; 4. Особенностью таких переключателей является наличие кроме фиксированных одного-двух нефиксированных положений рукоятки с надписью «старт» (пуск). Конструкция переключателя обеспечивает рукоятке самовозврат под действием пружины в определенное фиксированное положение, например в положение «1» (работа). В фиксированном положении рукоятки «О» обеспечивается выключение привода.

Пакетные выключатели и переключатели применяют для пуска асинхронных и двигателей постоянного тока малой мощности, а также для переключения цепей управления.

Контакторы — электромагнитные коммутационные аппараты, с помощью которых производят включения частые и мощных электрических цепей. Контактор имеет втягивающую катушку, подвижный якорь, систему главных контактов, устройство для гашения вольтовой дуги и часто снабжается комплектом вспомогательных контактов для переключений в раз­личных цепях управления. Втягивающая катушка включается и отключается дистанционно. При ее включении якорь притягивается к сердечнику и замыкает главные контакты. Основными величинами, характеризующими контактор, являются: номинальный ток управляемых цепей (до 1000 А); время срабатывания (0,06...0,32 с); время отпускания якоря (0,03...0,5 с); напряжение втягивающей катушки (24...380 В). В комплекте с реле контакторы могут попутно защищать электрические установки от перегрузок.

Магнитные пускатели, блоки, станции — комплекты управляющей аппаратуры. Для управления приводами (пуск, остановка, реверс, защита от перегрузки) применяют магнитные пускатели, блоки управляющей аппаратуры, магнитные станции. Наиболее распространены магнитные пускатели. Их применяют для дистанционного управления. ЭД малой и средней мощности (2,5...75 кВт). Основным элементом магнитного пускателя является контактор (один или два). Управление осуществляется при помощи кнопочного поста, который встраивают в пускатель или располагают отдельно. Магнитный пускатель имеет встроенные тепловые реле, защищающие двигатели от перегрузок. Для защиты двигателей от токов короткого замыкания в главной цепи пускателя устанавливают плавкие предохранители или автоматы. Каждый пускатель имеет один или несколько вспомогательных контактов, используемых для самоблокировки, сигнализации и других целей. Все магнитные пускатели обеспечивают нулевую защиту электродвигателей (предотвращение самопроизвольного включения контакторов). При снижении напряжения на 30 % и более включающая катушка не может удержать якорь, и двигатель отключается. Промышленность выпускает магнитные пускатели для управления нереверсивными и реверсивными приводами. В последнем случае магнитный пускатель имеет два контактора, а также электрическую и механическую блокировки, предотвращающие одновременное включение двух контакторов (при одновременном включении прямого и реверсивного контакторов происходит короткое замыкание сети). Магнитные пускатели выпускают на напряжение 220 или 380 В, главным образом для управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Наиболее распространены магнитные пускатели ПМЕ и ПА, выпускаемые в различных исполнениях по числу контактов, степени защиты, наличию тепловых реле. Пускатели ПМЕ-000 используют также в качестве промежуточных реле в системах управления приводом.

Блоки из двух трехполюсных контакторов применяют для реверсирования асинхронного двигателя. Реверс осуществляют отключением работающего контактора и включением другого. Магнитные станции применяют для относительно сложных операций управления приводом.

18. Использование сильных электрических полей в электротехнологических процессах.

Во многих различных предприятиях, во всевозможных сферах промышленности широко используют электротехнологические процессы. Их осуществление проходит на основе применения ионных и электронных пучков, электромагнитных и электрических полей с целью преобразования и обработки материалов. Примером могут служить изготовления стали и чугуна в электрических печах электродуговым способом, приобретение алюминия, меди путем электролиза, электрофизические способы обработки материалов, закалка металлов токами высокой частоты и т. п.

На данный момент появился ряд новейших электротехнологических процессов. Но также как и раньше в промышленности продолжают использовать электрофильтры для очистки газов, электроэмалирование, электростатическую окраску, электроформирование абразивных изделий и многие другие подобные процессы. Тем не менее, новейший ряд электротехнологических процессов в сравнении с ранее осуществлявшимися электротехнологическими процессами отличаются значительными технико-экономическими преимуществами.

Электротермия сохраняет своё значение и бурно развивается. Электропечи, где исполняются электротермические технологические процессы, дают возможность получать высокосортные сплавы и стали, полупроводниковые материалы, титан. Нет надобности, сжигать в электропечах жидкое, твердое или газообразное топливо, отчего удается не допускать загрязнения окружающей среды и получать сверхчистые материалы. При помощи электронного луча и следовательно его фокусировки можно добиваться удельной мощности от единиц до миллионов киловатт на квадратный сантиметр.

Электронный луч применяют для плавления абсолютно любых материалов, а также в вакууме. Переплавленный в вакууме металл, довольно быстро изменяет свои свойства. К примеру, из тугоплавкого металла, обработанного таким образом – ниобия, изготавливают пластичный материал, далее из которого методом холодной прокатки производят фольгу толщиной 10(-6) м.

Электронно-лучевые станки стали использовать в обработке металлов, полупроводников и диэлектриков. Действие таких станков сформировано на употреблении потока электронов, сфокусированных в узкий луч диаметром около микрометра и ускоренных напряжением до 150 кВ. Если же такой луч направить на абсолютно любой материал, то он сразу же мгновенно испарится. Благодаря этому, возможно с очень большой степенью точности – буквально до микрометров, нередко приходится сверлить, фрезеровать, резать любой материал. В сельском хозяйстве и промышленности нужно сепарировать твердые частицы, очищать газы, разделять на отдельные компоненты жидкости и т. п. В таких целях широко используют электротехнологию.

Благодаря применению сильных электрических полей реализовывают вышеуказанные процессы. Частицы вещества при влиянии этих полей, которым сообщают электрический заряд, движутся в заданной траектории.

С каждым прошедшим годом всё тяжелее перечислить области использования электротехнологических процессов. Они вошли в различные отрасли промышленности. Увеличение урожайности зерновых культур оттого, что семена в сильном электрическом поле проходят предварительную обработку, производство ворсовых и волокнистых материалов путём ориентирования заряженных частиц, помещенных в электрическое поле в необходимом направлении, удлинение сроков сохранения молока, овощей, мяса и различных других скоропортящихся продуктов благодаря их электронно-ионной обработке, применение электростатического поля при копировании чертежей в полиграфии, использование токов высокой частоты в шитье обуви, а также в кулинарной промышленности. Такие и многие другие примеры не исчерпывают полностью всех возможностей электротехнологии.

19. Активная, реактивная, комплексная и полная мощности трехфазной симметрической системы.

Активной мощностью трехфазной системы называется сумма активных мощностей всех фаз приемника.

В симметричной трехфазной системе (при симметричном генераторе и приемнике) при любой схеме их соединений для каждой фазы мощности источника энергии и приемника одинаковы. Для каждой из фаз справедливо выражение

,

где - φ угол сдвига фаз между фазными напряжением и током.

Активная мощность системы в этом случае

Заменив действующее значение фазных тока и напряжения линейными при соединении источника энергии и приемника по схеме звезда т треугольник, получим одно и то же выражение для активной мощности симметричной трехфазной системы:

В общем случае реактивной мощностью трехфазной системы называется сумма реактивных мощностей всех фаз источника энергии, равная сумме реактивных мощностей всех фаз приемника.

Реактивная мощность симметричной трехфазной системы

,

или после замены действующих значений фазных тока и напряжения линейными

.

Комплексной мощностью трехфазной системы называется сумма комплексных мощностей всех фаз источника энергии, равная сумме комплексных мощностей всех фаз приемника. Полная мощность симметричной трехфазной системы

.

20. Аппаратура защиты электропривода.

Для защиты электрооборудования от токов короткого замыкания применяются предохранители и автоматы.

Предохранители — простая и недорогая защита токоприемников от токов короткого замыкания. Наиболее часто применяют пробочные и трубчатые предохранители.

Промышленностью выпускаются пробочные предохранители типа ПРС. Они бывают четырех габаритов — ПРС-6, ПРС-20, ПРС-63 и ПРС-100 с номинальным током на 6, 20, 63 и 100 А соответственно. Подсоединение проводов к предохранителю может «быть переднее, о чем указывает последняя буква (например, ПРС-100-П), и заднее (ПРС-100-3). Кроме того, они могут быть многополюсными и однополюсными. Предохранители ПРС-100 изготавливаются только однополюсными, ПРС-6-—одно- и двухполюсными (например, двухполюсный предохранитель на 6 Л TIPC-6X2), ПРС-20—одно-, двух- и трехполюсными (ПРС-20ХЗ).

Трубчатые предохранители состоят из разборного патрона, плавкой вставки и контактных стоек. Для ускорения гашения дуги, возникающей при горении плавкой вставки, внутрь патрона засыпается наполнитель (кварцевый песок, меловая пыль, смешанная с асбестом, и др.). В некоторых предохранителях (например, типа ПР) дугогасительная среда создается газогенерирующим материалом (фиброй), из которого сделан патрон предохранителя. Плавкая вставка, которая размещается внутри патрона, имеет несколько сужений, в которых она расплавляется при точках, превышающих номинальные. Время расплавления плавкой вставки тем меньше, чем больше кратность тока, т. е. отношение протекающего тока к номинальному. Плавкая вставка не защищает электрооборудование от токовых перегрузок. Например, токовую перегрузку в 1,6 раза плавкая вставка должна выдерживать, не перегорая в течение часа. Зато при перегрузках в 3,4 раза время перегорания вставки сокращается до нескольких секунд.

Номинальный ток плавкой вставки выбирают на 25% выше максимального длительного тока нагрузки, — коэффициент, величина которого определяется условиями пуска двигателя. При легких условиях пуска (нечастые пуски длительностью до 10 с) а = 2,5. При частых пусках, длительность которых больше 15-20 с при легких пусках (до 2,5 с) а = 3. Автоматические воздушные выключатели (автоматы) служат для ручного включения и отключения электрических цепей и автоматического отключения при коротких замыканиях или значительных перегрузках токоприемников. В настоящее время наиболее распространены автоматы типа А63, АК50, АП50, A3100, А3700, АЕ2000 и др. Они могут изготовляться с электромагнитными расцепителями (для отключения токоприемников от токов короткого замыкания), с тепловыми (для защиты от тепловых перегрузок) или с электромагнитными и тепловыми расцепителями. Автоматы А63, АК50 и АП50 выпускают на номинальные токи до 50А, A3100, А3700 — на токи до 600 А и выше. Число полюсов автомата указывает первая цифра после марки, наличие токовой защиты обозначается буквой М, тепловой — буквой Т, а гидравлического замедления при срабатывании — буквой Г. Например,. АК50-ЗМГ расшифровывается следующим образом: трехфазный с токовой защитой и гидравлическим замедлителем; АП50-ЗМТ — трехфазный с токовой и тепловой защитами.

У автоматов серий A3100, А3700, АЕ2000 наличие защит в марке не указывается. Автоматы серии АП50, кроме того, могут изготавливаться с расцепителями минимального напряжения (Н) и расцепителями максимального тока в нулевом проводе.

21. Использование ультразвука в электротехнологических процессах.

Электромеханические установки применяются в промышленности для ультразвукового воздействия на обрабатываемый материал, магнито-импульсной обработки металлов.

Одним из примеров электромеханической установки является установка ультразвуковой очистки. Принципиальная схема представлена на рисунке 3.5.

Одним из типичных применений ультразвука в машиностроении является очистка поверхности изделий, загрязненных жировыми или мазутными плен­ками, покрытых осадками из продуктов сгорания топлива, ржавчиной, окали­ной, оксидными пленками. Такого рода очистка выполняется обычно с помо­щью моющих средств, растворителей в барабанах, а также с помощью щеток. При использовании ультразвуковых колебаний очистка в ряде случаев может дать хорошие результаты при использовании воды; когда же очистка осуществ­ляется с помощью растворителей, она ускоряется в десятки раз, причем качест­во ее (степень очистки поверхности) намного улучшается. Особенно эффектив­ной оказывается ультразвуковая очистка деталей сложной конфигурации с по­лостями и, в частности, труб, так как механическая очистка таких деталей (на­пример, щетками) затруднительна.

На рисунке 3.5 подвергаемую очистке деталь помещают в ванну, в которой возникают ультразвуковые колебания.

Рисунок 3.5 Принципиальная схема ультразвуковой очистки: 1 - генератор ультразвуковых колебаний; 2 - ванна, 3 - жидкость (растворитель); 4 - подвеска; 5 - очищаемая деталь

Рисунок 3.6 Установка для электроэрозионной обработки: а - принципиальная схема; б - полная схема 1 - собственно станок; 2 - рабочая ванна; 3- стол для установки электрода-изделия; 4- электрод-изделие; 5 - регулятор подачи; 6 - источник питания (генератор импульсов); 7 - система снабжения диэлектрической жидкостью; 8 –электрод-инструмент

Генератор колебаний может находиться под дном ванны, как показано на рисунке (в этом случае колебания передаются жидкости через дно), или в жидкости. Очистка может осуществляться как на частотах 400 - 800 кГц при применении пьезоэлектрического преобразователя, так и на более низких частотах (20 - 30кГн) при использовании магнитострикционных преобразователей.

---

Дата добавления: 2015-08-17