4.4 Блок схема проектирования

На следующей блоксхеме представлена процедура проектирования позиционного привода.

5 Электропривод переменного тока с механическим вариатором

Полная информация содержится в каталоге "Variable Speed Geared Motors" ("Моторредукторы с вариатором").

Рис. 17. МоторDредукторы с фрикционным вариатором VARIMOT® (плоский цилиндрический редуктор) и клиноременным вариатором VARIBLOC® (конический редуктор)

5.1 Описание

Для многих технологических процессов достаточным является использование приводов с малым диапазоном регулирования частоты вращения без особых требований к ее стабильности (например, ленточные конвейеры, мешалки, миксеры и т. д.).

В таких случаях применяются вариаторы, с помощью которых частота вращения отдельных агрегатов устанавливается на нужное значение. Механические вариаторы зачастую комбинируются с понижающим редуктором (на выходе). На вход вариаторов устанавливают асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Распространенные вариаторы

Большое распространение получили:

• фрикционные вариаторы с ограниченным диапазоном регулирования до 1 : 5;

• клиноременные вариаторы с ограниченным диапазоном регулирования до 1 : 8. Диапазон регулирования этих вариаторов можно расширить за счет применения двигателей с переключением числа полюсов (например, 4/8полюсные).

Регулируемость, время регулирования

Время регулирования этих механических вариаторов достаточно велико (20...40 секунд в зависимости от диапазона регулирования), частота вращения изменяется очень медленно. Поэтому такие приводы используются только для работы с постоянной частотой вращения.

5.2 Расчет параметров мотор редуктора с вариатором

Для выбора параметров вариатора необходимо кроме требуемой мощности и диапазона регулирования частоты вращения знать высоту над уровнем моря и режим работы. На следующем рисунке показана зависимость выходной мощности Pa, КПД η и проскальзывания s от передаточного числа i.

Критерии выбора параметров

Механические вариаторы преобразуют не только частоту вращения, но и вращающий момент, поэтому выбирать их следует по различным критериям:

– постоянный вращающий момент;

– постоянная мощность;

– постоянный вращающий момент и постоянная мощность (на соответствующих участках диапазона частоты вращения).

Рис. 18. Характеристики вариаторов

Pa = мощность

η = КПД

s = проскальзывание

i0 = передаточное число вариатора

Передаточное число

na0 = частота вращения выходного вала без нагрузки

ne0 = частота вращения на входе без нагрузки

На графике показан характер изменения показателей Pa, s и η, измеренных при работе вариаторов под нагрузкой. Эта диаграмма иллюстрирует явную зависимость величины КПД и проскальзывания от установленного передаточного числа. Эта зависимость нелинейная, что обусловлено особенностями механической конструкции, например, максимальное трение между ремнем (фрикционным диском) и ведущим элементом при максимальной окружной скорости, а также зависимость коэффициентов трения от частоты вращения. Поэтому для оптимальной эксплуатации вариатора необходимо отдельно рассмотреть различные случаи применения.

Расчет параметров для работы с постоянным вращающим моментом

Большинство вариантов привода для своего диапазона регулирования требуют достаточно постоянного вращающего момента на выходном валу. Работающие в таком режиме вариаторы создают вращающий момент, рассчитанный по следующей формуле:

Вращающий момент на выходном валу

Ma = вращающий момент на выходном валу [Нм]

Paмакс = максимальная выходная мощность [кВт]

naмакс = максимальная частота вращения выходного вала [об/мин]

В этих условиях (в этом режиме работы) подключенный понижающий редуктор равномерно нагружается во всем диапазоне регулирования. Максимальная степень использования вариатора достигается только при максимальной частоте вращения. При малых значениях частоты вращения требуемая мощность меньше допустимой. По следующему уравнению рассчитывается минимальная мощность при минимальной частоте вращения вариатора:

Выходная мощность

Paмин = минимальная выходная мощность [кВт]

R = диапазон регулирования частоты вращения

На следующих графиках показана зависимость вращающего момента и мощности от частоты вращения:

Рис. 19. Характеристики вариаторов при постоянном вращающем моменте

Pa макс (n) = максимальная мощность по результатам испытаний Заданный момент

Ma = предельный момент Ma макс понижающего редуктора

Расчет параметров для работы с постоянной мощностью

Выходную мощность Pa можно снизить на всем диапазоне регулирования и рассчитать по следующей формуле:

Выходная мощность

Вариатор используется только при минимальной частоте вращения выходного вала. Подключенный понижающий редуктор должен быть рассчитан на передачу вращающего момента, достигающего величины на 200...600 % больше, чем в расчете параметров для постоянного момента (см. характеристики).

Рис. 20. Характеристики вариаторов при постоянной мощности Pa макс

(n) = максимальная мощность по результатам испытаний Заданный момент

Ma = предельный момент Ma макс понижающего редуктора

Расчет параметров для работы с постоянной мощностью и постоянным вращающим моментом

При таком характере нагрузки степень использования вариатора – оптимальная. Понижающий редуктор должен быть способен передавать максимальный вращающий момент, создаваемый на выходе вариатора. В диапазоне na’ ... naмакс мощность остается постоянной. В диапазоне naмин ... na’ постоянным остается вращающий момент. Если вариатор будет работать не на всем диапазоне частоты вращения, то для получения оптимального КПД рекомендуется использовать верхнюю часть этого диапазона. При такой частоте вращения проскальзывание вариатора минимально, а передаваемая мощность – максимальна.

Рис. 21. Характеристики вариаторов при постоянном вращающем моменте и постоянной мощности Pa макс

(n) = максимальная мощность по результатам испытаний Заданный момент Ma = предельный момент

Ma макс понижающего редуктора M (n) = допустимая механическая характеристика

Выходная мощность

Эксплуатационные коэффициенты

В таблицах параметров для выбора вариатора указаны следующие эксплуатационные коэффициенты:

• fB = коэффициент для учета характера нагрузки (см. таблицу)

• fT = коэффициент для учета температуры окружающей среды (см. рисунок) Общий эксплуатационный коэффициент получается из произведения fB x fT.

Рис. 22. Эксплуатационные коэффициенты fT

Защита от перегрузки

Любая система защиты двигателя не защищает подключенные к нему передаточные механизмы.

Электронная защита от перегрузки

Чтобы защитить от перегрузки редуктор, подключенный к механическому вариатору, можно использовать электронную систему контроля. Она измеряет мощность двигателя и частоту вращения выходного вала вариатора. При постоянном вращающем моменте мощность изменяется в линейной зависимости от частоты вращения, т. е. при снижении частоты вращения должна уменьшаться и мощность двигателя. Если это не так, то регистрируется перегрузка, и привод отключается. Такая защита не используется в качестве защиты от опрокидывания. Для защиты от опрокидывания можно использовать предохранительные муфты.

Инструкции по проектированию

Расчет параметров вариатора, как упоминалось выше, зависит от различных факторов. В следующей таблице приводятся основные инструкции по проектированию приводов с вариатором VARIBLOC® и VARIMOT®.