Файл: Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие.pdf

ных недостатков, связанных с невозможностью использования двигателей, рассчитанных на номинальное напряжение 380 в в сетях с напряжением 500 в и необходимостью питания освети­ тельной нагрузки не непосредственно от сети, а от предназначен­ ных для этих целей трансформаторов 500/127—220 в. Поэтому это напряжение не может быть рекомендовано для цеховых элек­ трических сетей.

По указанной выше причине вместо напряжения 500 в во всех случаях следует рекомендовать напряжение 660 вольт, которое не имеет отмеченных недостатков.

Напряжение 3, 6 и 10 киловольт применяются, как правило, для мощных потребителей переменного тока (мощных асинхрон­ ных и синхронных двигателей, электрических печей большой мощ­ ности и пр.).

При выборе напряжения для осветительных целей необходимо иметь в виду, что с точки зрения световой отдачи электрических ламп накаливания наиболее целесообразным является напряжение 127 вольт. Однако широкое применение для этих целей получило и напряжение 220 в.

Питание электродвигателей постоянного тока обычно осущест­ вляется напряжением 220 и 440 вольт. Более надежным являет­ ся напряжение 220 вольт, однако в настоящее время наблюдается тенденция перехода к более высокому напряжению.

В соответствии с правилами устройства электроустановок при работе в особо опасных условиях для электроинструмента следует применять напряжение не выше 36 вольт.

При работе в помещениях без повышенной опасности для пи­ тания электроинструмента можно применять напряжение 127/220 в при наличии изолированной нейтрали.

Применение напряжения 380 в для питания электроинструмен­ тов запрещается вне зависимости от условий работы.'

С точки зрения безопасности обслуживающего персонала, осо­ бенно при работе в сырых помещениях, желательно иметь воз­ можно более низкое напряжение.

Однако необходимо отметить, что высоковольтные электро­ двигатели так же не являются опасными в процессе эксплуатации, поскольку обладают соответствующей высококачественной изо­ ляцией и надежной защитой. С точки же зрения возможности по­ ражения человека опасны как токи высокого, так и низкого нап­ ряжения, причем степень опасности поражения определяется не только величиной действующего напряжения, но так же и теми условиями, в которых находится электрооборудование и обслу­ живающий его персонал.

132

Таким образом,вопрос рабочего напряжения решается не толь­ ко одними экономическими соображениями, но и соображениями безопасности обслуживающего персонала. Практически эти нап­ ряжения определяются соответствующим стандартом.

При выборе величины номинального напряжения следует так же иметь в виду, что при напряжении 380 вольт требуется устрой­ ство специальных защитных заземлений, что в ряде случаев соз­ дает значительные затруднения, в то время как напряжение 220 вольт не требует в сухих помещениях указанного заземления.

Во всех случаях выбор системы тока и напряжения, естествен­ но, должен проводится с учетом реальных возможных источников питания.

§ 2. Выбор электродвигателя по скорости вращения

Выбор электродвигателя по скорости вращения определяется требуемым номинальным числом оборотов рабочего механизма.

В зависимости от скорости вращения электродвигатели услов­ но могут быть подразделены на три подгруппы: быстроходные (выше 1000 об/мин), средней быстроходности (500—750 об/мин)

итихоходные (ниже 500 об/мин) электродвигатели.

Всравнении с тихоходными, быстроходные имеют существен­ ные преимущества. Быстроходные электродвигатели при одной

итой же номинальной мощности имеют значительно меньшие габариты и вес при более высоком коэффициенте полезного дейст­ вия. Поэтому в процессе проектирования электропривода в боль­ шинстве практических случаев следует отдавать предпочтение быстроходным электродвигателям. При невысоких, так же как

ипри значительных скоростях рабочих механизмов (номиналь­ ных), между электродвигателем и механизмом приходится ста­ вить передачу. Наличие передачи может привести к снижению к. п. д. и повышению стоимости привода в целом, что должно учитываться при выборе оптимального варианта электропривода.

Каждый электродвигатель характеризуется своими расчетны­

ми (паспортными) данными: номинальной мощностью, номи­ нальным числом оборотов (номинальной скоростью), номиналь­ ным моментом на валу, номинальной перегрузочной способ­ ностью и другими данными, соответствующими номинальному режиму, т. е. режиму работы, для которого электродвигатель рассчитан заводом-изготовителем. Номинальные данные электро­ двигателей указываются в соответствующих каталогах. С увели­ чением номинальной мощности данного типа электродвигателя, предлагаемого каталогом, как правило, наблюдается системати­ ческое уменьшение номинальной скорости вращения, а с умень-

133

шением мощности наблюдается заметное падение коэффициента полезного действия.

Правильное определение номинальной мощности электродви­ гателя далеко еще не определяет типа того двигателя, который необходимо использовать в каждом конкретном случае.

Это вызывается тем, что электродвигатели выполняются не только на различные системы тока, величины напряжения и но­ минальные скорости вращения, но и отличаются по своему кон­ структивному исполнению, значению к. п. д. и коэффициента мощности и пр. Так как выбор типа электродвигателя должен производиться с учетом не только технической, но и экономичес­ кой целесообразности, то при выборе соответствующего привод­ ного электродвигателя следует отдавать предпочтение экономи­ ческому преимуществу при одинаковых технических достоин­ ствах.

Таким образом, выбор типа электродвигателя тесно связан с условиями работы, с выбором системы тока и напряжения, числа оборотов и механической характеристикой производственного механизма и самого электродвигателя.

Глава Ш

СИ СТЕМ Ы П ЕРЕД А ЧИ ЭЛЕКТРО ДВИГАТЕЛЬ — РАБОЧАЯ МАШИНА

§ 1. Выбор системы передачи

Выбор системы передачи энергии от электродвигателя к ис­ полнительному механизму является важным этапом проектиро­ вания электропривода.

Современный электрический привод развивается по пути наи­ большего сближения электродвигателя с производственным меха­ низмом с максимально возможным вытеснением промежуточных передач. Во многих случаях удается достигнуть настолько тесного сближения электродвигателя с производственным механизмом, при котором в конструктивном отношении они представляют единое целое. В реальных условиях, однако, это далеко не всегда становится возможным. В общем случае между электродвигате­ лем и исполнительным механизмом существует особое звено системы электропривода, называемое передачей.

Наибольшее распространение в практике получили следующие виды передачи: непосредственная (или прямая), зубчатая, чер­ вячная, фрикционная, ременная и гидравлическая передача.

Наиболее совершенным видом передачи усилия от исполни­ тельного электродвигателя к исполнительному механизму яв-

134

ляется непосредственная передача, при которой вал электродвига­ теля соединяется непосредственно с валом исполнительного ме­ ханизма.

Непосредственное сочленение вала электродвигателя с валом исполнительного механизма в большинстве практических случаев оказывается наиболее предпочтительным как с технической, так и экономической точек зрения, поскольку отсутствие передаточных механизмов между двигателем и рабочим органом повышает коэффициент полезного действия электропривода в целом и зна­ чительно упрощает его конструкцию.

При непосредственном соединении электродвигателя с произ­ водственным механизмом обеспечивается практически 100% зна­ чение коэффициента полезного действия и минимальные габариты передачи, что соответствует максимальному сближению двига­ теля с исполнительным механизмом и снижению веса и габари­ тов производственного исполнительного механизма в целом.

Непосредственное сочленение исполнительного механизма с электродвигателем обеспечивает одинаковую скорость вращения вала исполнительной машины и приводного электродвигателя.

Для привода в действие быстроходных рабочих органов ис­ полнительного механизма электропривод конструируется, как правило, с применением непосредственного соединения двигате­ ля с рабочим механизмом. В зависимости от условий работы производственного механизма непосредственное соединение вала двигателя и вала машины может быть осуществлено по различ­ ным схемам. Во многих случаях рабочий механизм соединяется с валом электродвигателя без применения каких-либо приспособ­ лений. К категории таких исполнительных механизмов можно отнести вентиляторы, центробежные насосы, центрифуги и др. При наличии безударной спокойной нагрузки непосредственное сочленение в ряде случаев может быть достигнуто с помощью жесткой муфты. Для улучшения работы привода, когда требуется обеспечить смягчение ударов, а также в случае возможной в про­ цессе работы расцентровки сочлененных валов, целесообразно использовать эластичные — гибкие муфты, в которых эластич­ ность достигается за счет ременных или резиновых прокладок между половинками муфты. В случае необходимости обеспечения нормальной работы электропривода при пониженных пусковых моментах двигателя целесообразно применение центробежных муфт. Для этих целей могут быть также использованы различ­ ного типа электромагнитные муфты и гидромуфты.

При небольших скоростях вращения рабочего механизма не­ посредственное сочленение с тихоходным двигателем не всегда,

135

однако, оказывается рациональным. Для этих целей во многих случаях лучшим вариантом системы электропривода может ока­ заться вариант с применением быстроходного электродвигателя с использованием систем передачи. Это вызывается тем, что с уменьшением скорости вращения при той же расчетной мощности габаритные размеры, вес и стоимость электродвигателя сущест­ венно увеличиваются.

Зубчатая передача. Наряду с непосредственным сочленением электродвигателя с рабочим механизмом большое распростране­ ние получила зубчатая передача. В конкретных случаях зубчатая передача может быть выполнена в виде цилиндрической, коничес­ кой или цепной передачи. Зубчатая передача наибольшее распро­ странение получила в системах с одиночным приводом. Этот вид передачи дает возможность при выборе соответствующего пере­ даточного числа применять малогабаритные высокоскоростные электродвигатели. Опыт показывает, что применение высоко­ скоростных электродвигателей с зубчатой передачей, которая, как правило, имеет высокое значение к. п. д., во многих случаях (например, для привода цементных мельниц) оказывается более целесообразным, нежели непосредственное сочленение вала тихо­ ходного электродвигателя с валом исполнительного механизма. Причем в случае применения тихоходных электродвигателей с зубчатыми передачами можно добиться некоторого снижения установленной мощности, повышения коэффициента мощности электродвигателя и повышения к. п. д. установки в целом. Есте­ ственно, выбор наиболее подходящего типа передачи может быть произведен путем соответствующей предварительной оценки сравниваемых вариантов. Коэффициент полезного действия зуб­ чатой передачи с учетом потерь в цапфах с достаточной для прак­ тики точностью может быть рассчитан по формуле:

где: д — коэффициент трения (принимается равным 0,03—0,15);

г\а— коэффициент полезного действия, учитывающий потери

цапфах обычно принимается равным 0,94 — при плохой смазке;

136

При расчетах можно ориентировочно принимать значения к. п. д. указанные в таблице 7,1 для зубчатых передач с нормаль­ ными зубчатыми колесами с прямым зубом и шевронными зуб­ чатыми колесами, с передаточными коэффициентами в интер­

Для других промежуточных значений передаточных чисел зна­ чение к. п. д.- передачи может быть получено по данным, пред­ ставленным в таблице 7,1 путем интерполяции.

Червячная передача. Другим, довольно распространенным ти­ пом передачи является червячная передача. Такой тип передачи оказывается целесообразным при больших значениях передаточ­ ных чисел (порядка 75 и выше), при которых обычная зубчатая передача, как правило, оказывается нерациональной. При этом коэффициент полезного действия червячной передачи, вследствие значительных передаточных чисел, так же как и к. п. д. зубчатой передачи с увеличением передаточного числа при прочих равных условиях оказывается несколько меньшим.

Значение к. п. д. червячной передачи с учетом потерь в цапфах для предварительных расчетов с достаточной для практики точ­ ностью может быть определено по формуле:

П ~ П* *80? + 7) ’

137