§ 38. ЭЛЕКТРОПРИВОД

Привод — система, для преобразования одного вида энергии в механическую энергию рабочего механизма.

В настоящее время в качестве двигателя для привода производственных механизмов используют в основном электродвигатели из-за их надежности, высокого кпд и простоты управления.

►   Привод, осуществленный с помощью электродвигателя, называют электрическим (электроприводом).

В зависимости от числа механизмов, приводимых одним двигателем, или от числа двигателей в одном механизме приводы бывают групповыми, однодвигательными и многодвигательными.

Условия выбора электродвигателей. Независимо от условий работы и вида рабочих механизмов электродвигатели для привода выбирают согласно общим правилам.

Эти правила таковы. Должно соблюдаться:

полное соответствие между механическими свойствами двигателя и требованиями производственного механизма;

мощность двигателя в процессе работы должна использоваться максимально;

параметры двигателя (напряжение, частота) должны соответствовать параметрам сети;

конструктивное исполнение двигателя должно соответствовать условиям окружающей среды (влажность, пожароопасность, взрывоопасность и др.);

двигатель должен быть удобен и безопасен для обслуживающего персонала.

Правильный выбор электродвигателя обеспечивает стабильную и экономичную работу механизма.

►   Если не выдвигаются специальные требования к регулированию частоты вращения, значению пускового момента или пускового тока, то при выборе двигателя необходимо отдавать предпочтение асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором. Они просты по устройству, легко управляемы и надежны в эксплуатации.

Выбор мощности электродвигателей. Мощность электродвигателей определяется нагрузкой производственных механизмов и режимом их работы. В зависимости от характера и продолжительности рабочего цикла установлены три основные режима работы: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Рис. 167. Продолжительный (а), кратковременный (б) и повторнократковременный (в) режимы работы электродвигателей

Если во время рабочего цикла мощность остается постоянной, то режим называют режимом постоянной нагрузки, а если она изменяется — режимом переменной нагрузки. На рис. 167 представлены графики нагрузки для трех режимов работы при постоянной нагрузке.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения, %:

где t_р — время работы; t₀ — время паузы.

Стандартные значения ПВ равны 15, 25, 40 и 60 % и указываются на электродвигателях, предназначенных для повторно-кратковременного режима работы.

При кратковременном режиме работы на двигателях указывают продолжительность кратковременной работы t_к. Приняты следующие стандартные продолжительности: 10, 30, 60 и 90 мин.

Мощность нагруженных двигателей Р_нд для всех трех режимов работы определяют по формуле

где Р_мех — мощность на валу механизма;  — кпд редуктора (устройства, передающего движение от двигателя к механизму).

Рис. 168. Устройство воздушного пускателя

►   При выборе двигателей для кратковременного и повторно-кратковременного режимов должны соблюдаться также условия:

для кратковременного режима t_кд≥t_к.мех;

для повторно-кратковременного режима ПВ_д≥ ПВ_мех.

Мощность производственного механизма Р_мех определяют по графику нагрузки либо вычисляют.

Например, мощность Р_н центробежного насоса определяют по формуле, кВт:

где Q — производительность насоса, м³/с; Н — напор, развиваемый насосом, м;  — объемная масса жидкости, Н/м³; k_з — коэффициент запаса (обычно в пределах 1,1 —1,3); _н — объемный кпд насоса.

Управление электроприводом. Управление электроприводом состоит в пуске, останове, изменении направления вращения и регулировании частоты вращения электрических двигателей. Важным условием обеспечения правильной и непрерывной работы электроприводов является выбор схемы управления. Используют несколько способов управления.

Рис. 169. Принципиальная схема управления асинхронным двигателем

Рис. 170. Схема бесконтактного управления двигателем постоянного тока

►   Ручное управление осуществляется с непосредственным участием человека, путем использования неавтоматических коммутационных аппаратов (прерывателей, контроллеров и др.).

►   Автоматическое управление осуществляется с использованием аппаратов автоматического действия (реле, контакторов и др.).

Автоматическое управление облегчает труд людей, повышает производительность труда, позволяет управлять механизмами дистанционно.

Среди аппаратов дистанционного управления электроприводами чаще всего используют электромагнитные контакторы и пускатели (рис. 168).

Пускатели представляют собой сочетание электромагнитного контактора с биметаллическим термическим реле, смонтированными в общей коробке и укомплектованными кнопками управления «Пуск» и «Стоп».

На рис. 169 представлена принципиальная схема управления асинхронным двигателем М с магнитным пускателем. В схеме предусмотрены защита плавкими предохранителями Пр и отключение от питающей сети разъединителем Р. Управляют двигателем с помощью контактора Л и кнопок П («Пуск») и С («Стоп»). Термореле РТ защищает двигатель от перегрузки.

Управлять электроприводами можно и бесконтактными аппаратами (рис. 170). Они состоят из магнитных (трансформаторов, дросселей, усилителей), полупроводниковых (диодов, транзисторов, тиристоров и др.) и вспомогательных (резисторов, конденсаторов и др.) элементов. Открытием и закрытием тиристора Т с помощью управляющего устройства УУ можно запускать, останавливать двигатель М и регулировать скорости его вращения. В таких аппаратах нет быстроизнашивающихся механических деталей, они обладают большим быстродействием, но стабильность их работы зависит от температуры.

Цепи с бесконтактными аппаратами сложнее и дороже. Требуется более дорогая и сложная аппаратура настройки и выявления повреждений. Их используют преимущественно в регулируемых приводах при большой частоте включений и в приводах, работающих во взрывоопасной среде.