Расчет электродвигателей и выбор двигателя главного движения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет эл. двигателей и выбор двигателя главного движения

Выбор электродвигателей для работы в системах автоматизированного электропривода представляет собой важную и сложную задачу. От того, насколько правильно она будет решена, зависят технико-экономические показатели работы системы рабочая машина--электропривод.

Основным требованием при выборе электродвигателя является соответствие его мощности условиям технологического процесса рабочей машины. Применение двигателя недостаточной мощности может привести к нарушению заданного цикла, снижению производительности рабочей машины. При недостаточной мощности двигателя будут иметь место также его повышенный нагрев, ускоренное старение изоляции и выход двигателя из строя, что вызовет прекращение работы машины и экономические потери.

Недопустимым является также использование двигателей завышенной мощности, так как при этом не только повышается первоначальная стоимость электропривода, но увеличиваются и потери энергии за счет снижения КПД двигателя, а для асинхронного электропривода, кроме того, снижается коэффициент мощности.

При выборе электродвигателя должно проверяться также его соответствие условиям пуска рабочей машины и возможных перегрузок.

Выбор серийных электродвигателей производится с учетом следующих показателей. электродвигатель ток скорость электропривод

1.Род тока. Двигатель должен иметь род и величину напряжения, соответствующие сетям переменного или постоянного тока данного предприятия.

2. Значение скорости. Выбор номинальной скорости двигателя при уже имеющемся (выбранном) редукторе производится по заданной скорости исполнительного органа рабочей машины и передаточному числу редуктора. Для вновь проектируемого электропривода выбор номинальной скорости двигателя и передаточного числа редуктора (механической передачи) должен производиться путем технико-экономического сравнения нескольких вариантов.

Особое внимание такому выбору следует уделить для электроприводов, работающих с частыми пусками, реверсами и остановами, так как правильный выбор номинальной скорости двигателя и передаточного числа редуктора позволяет во многих случаях повысить технико-экономические показатели работы электропривода и рабочей машины.

3. Конструктивное исполнение. Конструкция выбираемого двигателя должна соответствовать условиям его компоновки с исполнительным органом. Выпускаемые двигатели имеют разнообразное конструктивное исполнение по расположению валов и способам крепления на рабочей машине.

4. Способ вентиляции и защиты от действия окружающей среды. От правильного выбора двигателя для работы в определенных условиях окружающей среды зависят его долговечность, надежность и безопасность обслуживания. По способам защиты от действия окружающей среды различают открытые, защищенные и герметичные двигатели. Для работы в особых условиях окружающей среды--тропический климат, химически активные среды, повышенная влажность, взрывоопасная среда и т. д -- выпускаются специализированные двигатели.

По способу вентиляции различают двигатели с естественной вентиляцией, самовентиляцией и независимой (принудительной) вентиляцией.

Выбор электродвигателя в математическом отношении представляет собой задачу синтеза, в результате решения которой должен быть найден такой двигатель, который обеспечивает заданный технологический цикл рабочей машины, соответствует условиям окружающей среды и компоновки с рабочей машиной и при этом будет иметь нормативный нагрев.

Выбор электродвигателя производится обычно в следующей последовательности:

1) расчет мощности и предварительный выбор двигателя;

2) проверка выбранного двигателя по условиям пуска и перегрузки;

3) проверка выбранного двигателя по нагреву.

Если выбранный в п. I двигатель удовлетворяет условиям проверки по пп. 2 и З, то на этом выбор двигателя заканчивается. Если же выбранный двигатель не удовлетворяет условиям п. 2 или 3, то выбирается другой двигатель (как правило, большей мощности) и проверка повторяется.

Следует отметить, что проверка двигателя по нагреву выполняется не только при выборе вновь проектируемого электропривода, но и для работающих двигателей для определения их загрузки и теплового режима.

Выбор двигателя по мощности для регулируемого но скорости электропривода имеет ту особенность, что в этом случае имеет место изменение нагрузки двигателя. В то же время для полного использования двигателя его мощность должна быть выбрана так, чтобы нагрузка при работе на любой скорости не превосходила допустимой по условиям нагрева. Достигается это выбором соответствующего способа регулирования скорости, при котором соблюдается данное условие. Рассмотрим решение этой задачи на основе конкретных примеров.

Расчет привода подач. Mc=const при всех скоростях. При таком характере нагрузки во всем диапазоне изменения скорости от минимальной щ_min до максимальной щ_max момент нагрузки постоянен (Mc=const), а мощность нагрузки Рс=Мсщ возрастает при увеличении скорости по линейному закону. Оценим мощность выбираемого электродвигателя, ориентируясь на требуемые моменты на валу и скорости вращения. Двигатель должен обеспечивать номинальный крутящий момент для продольной подачи =13Нм, при частоте вращения n=750min^-1, а для поперечной 21Нм при частоте вращения n=750min^-1

Регулирование скорости при постоянном моменте. Этот способ обеспечивает регулирование скорости вниз от номинальной. Поэтому номинальная скорость двигателя соответствует максимальной в заданном диапазоне, т. е. щ_номд=щ_maxс. Номинальный момент двигателя должен быть принят равным моменту нагрузки, т.е М_ном=М_с и номинальная мощность выбираемого двигателя должна быть равна:

P_ном=M_номщ_ном=М_сщ_ном=М_сщ_max=P_cmax (1)

Произведем расчет номинальной мощности двигателя привода подач для продольной и поперечной подачи:

Р_{продольной} =21Нм*750 min^-1 /9,55=1649Вт=1,65кВт.

Р_{поперечной} =13Нм*750 min^-1 /9,55=1020Вт=1,02кВт.

Как видно номинальная мощность двигателя равна максимально возможной мощности станка и при этом на всех скоростях двигатель загружен полностью и работает в нормальном тепловом режиме. Очевидно, что выбранный для данного характера нагрузки способ регулирования скорости при постоянном моменте является рациональным, оправданным.

Расчет двигателя главного движения. Расчет привода главного движения будем производить исходя из требований по эксплуатации и технических характеристик станка.

1.Расчет момента инерции нагрузки, приведенной к валу двигателя. Примем, что нагрузка, приведенная к валу двигателя GD²=1 кгс*м².

В этом случае момент инерции нагрузки, приведенной к валу двигателя,

J=GD²/4g, кгс*м*с², (2)

J=1 кгс*м²/4.98м/с²=0.0255 кгс*м*с².

2. Определение максимального крутящего момента из характеристик двигателя

Зависимость между выходной мощностью P и крутящим моментом Т двигателя имеет следующий вид:

P=1.0269NT/1000, (3)

где N - число оборотов двигателя, об/мин

Из предыдущей формулы можно получить максимальное значение крутящего момента

T_max=, (4)

где P_режS2 - номинальная выходная мощность двигателя для 30-минутного режима;

1.2 - коэффициент, определяющий перегрузочную способность двигателя равной 120% номинальной выходной мощности для 30-минутного режима.

3. Определение длительности разгона-торможения.

Время разгона определяется при условии, что разгон осуществляется при номинальном крутящем моменте, а моментом сопротивления можно принебречь.

Время, в течение которого величина скорости изменяется от нуля до номинальной, определяется по формуле

t_1a=dN=. (5)

Время разгона от N_ном до N_max

t_2a= dN=(Nmax²-Nnom²). (6)

Время разгона от 0 до N_max

t₀=t₁+t₂=). (7)

Обычно и подставив это значение в предыдущее уравнение, можно получить

t_a= (8)

где J_L - момент инерции нагрузки, приведенной к валу двигателя, кгс*м*с²;

J_M - момент инерции двигателя, кгс*м*с²;

T_M - максимальный крутящий момент, кгс*м.

4. Определение времени разгона-торможения с учетом момента сопротивления нагрузки.

Время разгона от 0 до N_ном

t_1a=,c (9)

Время торможения от N_ном до 0

t_2a=c. (10)

Время разгона от N_nom до N_max

t_2a=dN=(-T_L(N_max-N_nom)-N_nomT_mln(N_nomT_M-N_maxT_L)+N_nomT_MlnN_nom(T_M-T_L),c. (11)

Время замедления от N_max до N_nom

t_2b=(T_L(N_max-N_nom)-

N_nomT_Mln(N_nomT_M+N_maxT_L)+N_nomT_MlnN_nom*(T_M+T_L)),c, (12)

где T_L - момент сопротивления нагрузки, T_L является постоянной величиной.

Требуемая мощность на двигателе главного движения

P_M=Q/MRt, (13)

где - КПД передачи между двигателем и шпинделем.

Номинальный крятящий момент вращения двигателя составляет 72 Нм, а номинальная частота вращения 1500 мин^-1.

Номинальный момент двигателя должен быть принят равным моменту нагрузки, т.е М_ном=М_с и номинальная мощность выбираемого двигателя должна быть равна:

P_ном=M_номщ_ном=М_сщ_ном=М_сщ_max=P_cmax (14)

Произведем расчет мощности двигателя главного движения:

Р =72Нм*1500 min^-1 /9,55=11308Вт=11,3кВт.

Исходя из расчета и параметров для данного станка, более всего подходит двигатель 4АБ2П132М4. Проведенный анализ позволяет сделать следующее важное заключение: для выбора минимального по габариту двигателя и обеспечения его полного использования по нагреву необходимо, чтобы способ регулирования его скорости по показателю допустимой нагрузки соответствовал зависимости нагрузки от скорости. При нагрузке вида Мс=const целесообразно использование способов регулирования при постоянном моменте, а при Pc=const--при постоянной мощности.

Размещено на Allbest.ru