Лекция 9- 10 по дисциплине «Электропривод машин химического

производства и предприятий строительной индустрии»

Тема: Особливості ЕП РМГ та способи автоматизації його роботи

5.2 ЕП РМГ з великими інерційними моментами. Особливості їх пуску. ЕП з

обмежуючими гідравлічними муфтами. Особливосі гальмування в аварійних

режимах. Ревесування обертання . Принципова електична схема

реверсивного ЕП РМГ

Цель: Рассмотреть особенности включения и выключения (торможения) ЭП .

1.ЕП РМГ з великими інерційними моментами. Особливості їх пуску.

Центрифуги, вентиляторы, дробилки и т. д. обладают большими

инерционными массами, требующими достаточного времени для выхода на

номинальные скорости.

Рис. 1 Нагрузочная кривая М=М(t) АД мощностью 2.1кВт при нагрузке

Mc=12 Hм, полученная на модели АД в MatLabe.

При пуcке двигателя наблюдаются мощные колебания вращающего момента,

превосходящие момент нагрузки на валу двигателя в 7 раз.

Рис.2 Пусковая w(t) характеристика АД мощностью 2.1кВт при нагрузке

Mc=12 Hм, полученная на модели АД в MatLabe при f=60 Гц.

Как видно из второго закона Ньютона

M-Mc=Jdw/dt

Повышенный момент инерции на валу двигателя приводит к еще большему

увеличению электромагнитного момента двигателя при его пуске.

При прямом пуске двигатели длительное время находятся под

воздействием пусковых токов, а на вал передаются значительные

динамические воздействия, что приводит к быстрому выходу из строя как

приводного двигателя, так и самого механизма и передач сцепления.

Применение устройств плавного пуска для двигателей мощностью выше 5

кВт является обязательным для стран ЕС позволяет плавно разогнать эти

устройства и тем самым защитить приводной двигатель и передачи

сцепления.

В случае отсутствия таких устройств необходимо пускать двигатель при

пониженном напряжении. Для АД запуск лучше делать при соединении

обмоток статора при пуске по схеме «звезда», а при выходе на рабочую

скорость переключать обмотки по схеме «треугольник»

ЕП з обмежуючими гідравлічними муфтами.

Муфта –важная деталь любого механизма. Это устройство, которое

соединяет друг с другом валы, а также детали, свободно сидящие на

валах. С физической точки зрения муфты передают механическую

энергию практически без потерь, следовательно, муфты – наиболее

предпочтительный соединительный элемент в производстве и технике.

Гидравлические муфты имеют ещё одно важное назначение. Любой

механизм, особенно работающий в нестандартных условиях, неизбежно

подвергается ударам. Кроме того, некоторые механизмы изначально

стартуют под большой нагрузкой. Для защиты таких механизмов от

преждевременного износа эффективно применение гидравлических муфт.

Такие муфты нежестко сцепляют валы, тем самым ограждая каждый

элемент привода от перегрузок и обеспечивая плавный запуск всей

системы, а во время работы механизма такая муфта сглаживает

пульсации, возникающие в системе. Область применения гидравлической

муфты – двигатели ленточных конвейеров, эскалаторов, мельниц,

дробилок, грохотов.

Гидравлическая муфта

В различных областях техники получили большое распространение

гидродинамические передачи: гидравлические муфты и гидравлические

преобразователи (иначе гидротрансформаторы). Посредством

гидравлической муфты можно передавать энергию от двигателя к рабочей

машине (насосу), если необходимо у последней изменять частоту вращения.

В отличие от гидромуфты гидротрансформаторы изменяют в процессе

передачи крутящий момент и даже его знак при помощи установленного

между рабочими колесами насоса и турбины (гидротрансформатора)

направляющего аппарата.

Широкое применение гидромуфт в различных областях техники (машины

и аппараты водного, сухопутного и воздушного транспорта, строительные

машины, насосные и вентиляторные установки и др.) обусловлено

следующими их свойствами: независимым вращением ведомого и ведущего

валов. Частота вращения ведомого вала может быть любой. Максимальная

его скорость вследствие проскальзывания всегда на 2—3% меньше скорости

ведущего вала; отсутствием жестких связей передачи и трущихся пар;

плавностью включения и разгона рабочей машины; высоким к. п. д.

0,96÷0,98; бесшумностью передачи; возможностью дистанционного и

автоматического управления; большой эксплуатационной надежностью.

Конструктивная схема гидравлической муфты приведена на рисунке 159,

а. На ведущем валу гидромуфты 1, соединенном с валом двигателя, насажено

колесо центробежного насоса 2, которое получает энергию от вала двигателя

и имеет n1 оборотов в минуту. Насос получает жидкость (масло, воду) от

какого-либо другого насоса, приводимого в движение от вала двигателя.

Жидкость по выходе с колеса насоса получает известный запас энергии,

которая передается на колесо турбины 4, насаженное на ведомый вал

гидромуфты, соединенный с валом рабочей машины. Частота вращения n2

последней одинакова с частотой вращения турбины. Ясно, что часть энергии

двигателя теряется внутри гидромуфты на гидравлические сопротивления,

которые при нормальных режимах насоса и турбины невелики.

На теплоэлектростанциях применение гидромуфт дает положительные

результаты. Однако при изменении частоты вращения n2 до 2/3 n1 в муфте

получаются большие гидравлические потери. В результате этого энергия,

затрачиваемая на преодоление потерь, преобразуется в тепловую энергию и

жидкость нагревается. Если в качестве рабочей жидкости применяют масло,

то ставят особые охладители или заменяют масло водой.

При n2=n1 к. п. д. муфты составляет 0,96÷0,98, а при снижении нагрузки

и изменении частоты до n2=(0,25÷0,3)n1 он снижается до 0,67÷0,7. Поэтому,

применяя гидромуфту для передачи энергии от двигателя к насосу, следует

проводить технико-экономические расчеты, пользуясь характеристиками

гидромуфты, и определять η н.уст при различных условиях работы и способах

привода насосных агрегатов.

Мощность гидромуфт (в одном агрегате) колеблется в очень широких

пределах: от долей киловатта до нескольких десятков тысяч киловатт (более

25 000 кВт).

На рис.3 схематично в меридиональном сечении показана гидромуфта ,

имеющая ведущее лопастное насосное колесо центробежного типа 1(насос) и

ведомое лопастное колесо, выполняющее функцию реактивной турбины

2(турбина). Оба колеса имеют, как правило, плоские радиальные лопатки 3 и

4. К насосу 1 присоединен вращающийся при работе корпус 5. Диски 6 и 7

насоса и турбины выполнены в виде чаш с криволинейными образующими. В

сововокупности с межлопастными каналами торообразная часть полости

гидромуфты, заключенная между чашами насоса и турбины, является

рабочей полостью. Между торцами колес имеется небольшой осевой зазор,

благодаря чему возможно вращение одного колеса относительно другого.

Замкнутая полость гидромуфты заполняется рабочей жидкостью (РЖ), в

качестве которой используются чаще всего минеральные маловязкие масла.

В пожароопасных условиях применяются вода и водные эмульсии, а также

трудновоспламеняемые синтетические масла.

В приводном блоке насос соединяется валом 8 с двигателем, а турбина

валом 9 с механической передачей. При включении двигателя насос своей

лопастной системой увлекает во вращение РЖ и, отбрасывая к периферии

рабочей полости, направляет ее на лопатки турбины. В турбине кинетическая

энергия РЖ, запасенная в насосе, преобразуется в механическую энергию

вращения, необходимую для преодоления сил сопротивления движению и

инерции маховых масс машины. РЖ, протекая в направлении оси вращения

вдоль лопаток, воздействует на них и, отдав энергию, всасывается насосом на

его наименьшем радиусе. И вновь РЖ "заряжается" в насосе новой порцией

энергии. Процесс передачи и преобразования энергии от насоса к турбине

происходит при работе гидромуфты непрерывно, и замкнутая циркуляция

РЖ постоянно обеспечивает при этом силовую связь между колесами.

Основные функциональные особенности гидромуфт.

При использовании гидромуфт привод машин приобретает целый ряд

положительных свойств, из которых наиболее важными являются:

- страгивание с места с нулевыми значениями начального момента и

ускорения, а также плавный разгон машин до рабочей скорости,

- предохранение приводного двигателя и механической трансмиссии от

недопустимых перегрузок при резком торможении и пуске,

- возможность замены сложных электродвигателей с фазным ротором на

простые и более надежные короткозамкнутые двигатели с обеспечением

благоприятных условий их пуска под нагрузкой, в том числе и при большом

моменте инерции машины,

- суммирование мощности нескольких двигателей, работающих на

общий исполнительный орган при равномерном распределении нагрузки на

эти двигатели, и возможность их поочередного запуска,

- стабильность и автоматичность срабатывания при заданном значении

предельного момента и самовосстанавливаемость рабочего режима при

устранении перегрузки,

- возможность гидродинамического и генераторного торможения

машины, а также ее торможения противовращением при реверсировании

двигателя,

- демпфирование и гашение крутильных колебаний крутящего момента и

скорости вращения широкого спектра частот, имеющих место при работе

многих машин.

К этому целесообразно добавить также такие особенности как высокий

К.П.Д. гидромуфты (0,96-0,98), простота конструкции и настройки,

отсутствие силовых пар трения, передающих крутящий момент. Изменение

наполнения РЖ и введение в полость гидромуфты простого

дросселирующего диска позволяют расширить диапазон передаваемой

мощности.

Гидромуфты подразделяются на регулируемые и замкнутые.

Регулируемые гидромуфты предназначены, как правило, для относительно

неглубокого (до 30-40%) регулирования частоты вращения ведомого вала

привода. Наиболее экономичным такое регулирование является лишь для

машин, у которых мощность нагрузки в процессе работы изменяется

пропорционально кубу частоты вращения турбины, т.е. N2=(i3) Nн (Nн-

номинальная мощность при полной скорости и n1=const.). К таким машинам

относятся мощные (до15тыс.квт) центробежные насосы, турбогенераторы,

вентиляторы. Менее экономичным регулирование с помощью гидромуфт

является в случае, когда мощность изменяется пропорционально квадрату

частоты вращения ,т.е. N2=(i2) Nн. Максимальные потери мощности Nпот. в

первом случае составляют Nпот.= 0,148 Nн при i=0,666, а во втором случае

0,25 Nн- при i=0,5. Для многих лопастных машин регулирование

гидромуфтой имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами

регулирования скорости.

Наибольшее распространение в мировой практике получили более простые

по конструкции и обслуживанию нерегулируемые замкнутые гидромуфты.

Более подробно устройство, характеристики и принцип действия замкнутых

гидромуфт рассмотрен ниже.

В гидромуфте (гидропередача без внешней опоры) момент на турбине всегда

равен моменту на насосе, но передача энергии в ней происходит с

определенными потерями, характеризуемыми в рабочем режиме значением

К.П.Д. Поскольку моменты колес раны, то К.П.Д. численно равен отношению

частоты вращения турбины n2 к частоте вращения насоса n1, т.е.

передаточному отношению i ( i= n2/n1). Крутящий момент гидромуфты

передается всегда при некотором отставании скорости турбины от скорости

насоса. Это значит, что гидромуфта работает со скольжением Sг = (n1-n2)/ n1=

1-i. Скольжение отображает долю потерь мощности, идущих на нагрев РЖ и

деталей гидромуфты.

Ревесування обертання . Принципова електична схема реверсивного ЕП РМГ

Особливосі гальмування в аварійних режимах. Ревесування обертання .

Принципова електична схема реверсивного ЕП РМГ

Схема управления асинхронными двигателями с реверсивным

магнитным пускателем

Схема управления асинхронными двигателями с реверсивным

магнитным пускателем (МП)

Схема включает реверсивный МП и кнопки управления SB1 (Вперед), SB2

(Назад), SВЗ (Стоп).

Схема обеспечивает: дистанционный пуск, реверсирование и останов,

защиту двигателя от перегрузки. защиту от самозапуска.

МП состоит из двух контакторов переменного тока КМ1 и КМ2 с главными и

вспомогательными контактами (блок-контактами) и тепловыми реле КК с

размыкающим контактом.

Для пуска двигателя оператор нажимает на кнопу SB1 (либо SB2, в

зависимости от требуемого направления вращения). Катушка КМ1 (либо КМ2)

получает питание, контактор срабатывает, включая контакты в цепи статора и

блокирует пусковую кнопку. Двигатель разгоняется. При перегрузке (если ток

статор длительно превышает 1,1 - 1,2 номинального значения) срабатывают

тепловые реле КК, отключая своим контактом цепь питания катушки. В МП

предусмотрена электрическая блокировка от одновременного включения

контакторов.

Для остановки двигателя оператор нажимает на кнопку SВЗ (Стоп). Для защиты

от коротких замыканий используется автоматический выключатель QF с

электродинамическим расцепителем.

Высокомоментные двигатели

Несмотря на то, что высокомоментные электродвигатели DDR не

относятся к изделиям крупносерийного производства, они имеют широкий

диапазон применения. Станки, обрабатывающие центры, оборудование для

обработки металлов давлением, агрегатные станки с делительно-поворотным

столом, печатные линии, а также оборудование для обработки пластмасс -

вот основные рынки этих двигателей. По данным компании Bosch Rexroth

более экзотические сферы применения этих двигателей включают

ветроэнергетику и использование энергии морских волн. Компания ETEL

приводит пример использования этих двигателей в новом поколении

подъемников, где замена гидравлических элементов позволяет снизить

затраты на техническое обслуживание и упростить установку.

В компании Siemens отмечают использование высокомоментного

двигателя 1FW3 (установленного в корпусе) и двигателя 1FW6 (встроенного

типа) в составе многочисленных станков, а также для других

производственных применений. Последние из упомянутых бескорпусных

двигателей предназначены для встраивания в механизм пользователя,

который обеспечивает установку двигателя на подшипники. Станки,

оснащенные двигателями 1FW6, должны иметь энкодеры. Двигатели 1FW3,

вмонтированные в корпус, содержат подшипники и энкодер. Они

применяются в производстве изделий из пластмасс (в экструдерах,

намоточных станках, в машинах для литья под давлением и т.д.), а также в

бумажной и текстильной промышленности.

Компания Baumuller делает акцент на широком применении двигателей

DST в частности в червячных и финишных приводах прессов для

выдавливания пластмасс/машин для литья под давлением, а также в приводах

цилиндров с печатной формой и офсетных цилиндров в полиграфической

промышленности.

Одним словом, высокомоментные двигатели находят свою нишу там, где

раньше применялись зубчатые передачи, цепи или приводные ремни,

высказывается представитель компании ETEL.

Изготовители бесколлекторных высокомоментных электродвигателей с

прямым приводом и постоянными магнитами твердо убеждены в том, что

производители оборудования могут добиться серьезных преимуществ в

повышении производительности и качества при условии оптимизации их

станочного оборудования под эти двигатели. Опыт, накопленный в Siemens

E&A, показал реалистичность таких преимуществ. "В некоторых случаях

производительность станков возросла на 50%, а их точность увеличилась

примерно на 30%"- говорит Бэран.

Высокомоментный двигатель кассетного типа (CDDR) производства

компании Danaher Motion (показан в разрезе) отличается обратной связью по

положению и зажимной муфтой, которая крепится к валу станка

пользователя. Двигатель имеет 46 магнитных полюсов и создает на выходе

постоянный крутящий момент, равный 500 Нм при объёме 0,23 дм3.

В Siemens E&A называют дополнительные причины, по которым

производителям оборудования следует применять эти высокомоментные

двигатели. Они включают сокращённый объем технического обслуживания и

меньшее количество запасных частей в силу малого количества деталей,

использованных в конструкции этих двигателей, экономию энергии за счет

более эффективной силовой передачи, а также экономию пространства за

счет использования малогабаритных и компактных станков вместо станков,

оснащенных комбинацией из мотора и редуктора.