38.Приводные характеристики рабочих машин

Приводные характеристики сельскохозяйст­венных машин — технологические, кинематические, энер­гетические, механические, нагрузочные, инерционные — ис­пользуют в процессе проектирования рационального эле­ктропривода.

Технологические характеристики изображают в виде технологических схем. Они определяют требования к электроприводу со стороны качества продук­ции (допустимые колебания скорости, удельные расходы энергии, необходимость регулирования режимов работы).

Кинематические схемы дают представ­ление о траекториях и скоростях движения всех элементов машин, а также о путях распределения энергетического потока от двигателя.

Энергетические характеристики показывают общий (кВт-ч) и удельный (кВт-ч на единицу продукции) расход электрической энергии на выполне­ние технологического процесса, а также распределение энергии между отдельными узлами машины.

Механические характеристики опре­деляют зависимость установившейся скорости машины от момента сил сопротивления. Они могут быть изображены графически или выражены аналитически.

Нагрузочные характеристики показывают зависимость момента, мощности, угловой скорости рабочей машины от времени и отражают характер и режим работы электропривода. Нагрузка может быть постоянной и переменной.

Инерционные характеристики определяют значение и характер изменения момента инерции подвижных частей машины. С постоянной нагрузкой работают вентиляторы и центробежные насосы при постоянных производительности и напоре, зерновые элеваторы, когда неизменны подача и угловая скорость, сепараторы. С пере­менной нагрузкой работают машины, в которые перераба­тываемая масса поступает неравномерно (дробилки, моло­тильные и комбайновые барабаны), а также машины, у которых скорость рабочих органов переменна (например, поршневые насосы, поршневые прессы, лесопильные рамы).

 

 

 

 

Рис. 1. Приводные характеристики рабочих машин: а – механические характеристики; б…м – нагрузочные диаграммы рабочих машин с переменной нагрузкой.

39.Электропривод с однофазным асинхронным электродвигателем

Подключение однофазного асинхронного двигателя. Электропривод с однофазным асинхронным двигателем применяется в случаях, когда источником электроэнергии является однофазная сеть переменного тока. Разновидностью однофазных асинхронных двигателей являются так называемые исполнительные двигатели, которые применяются в различных устройствах автоматического управления и характеризуются возможностью широкого регулирования скорости.

Однофазные асинхронные двигатели имеют на статоре две обмотки - основную (рабочую) и пусковую, которая используется для обеспечения его пуска (иногда пусковая обмотка является второй рабочей обмоткой). Для получения вращающегося магнитного поля пусковая обмотка укладывается на статоре двигателя со смещением ее оси на 90º по отношению к оси рабочей обмотки, а сдвиг токов обеспечивается включением в ее цепь дополнительного фазосдвигающего элемента, обычно конденсатора.

В бытовых приборах основное применение находят однофазные асинхронные двигатели различных типоисполнений: асинхронный конденсаторный, асинхронный с обмоткой повышенного сопротивления, асинхронный с экранированными полюсами и с асимметричным магнитопроводом.

Основными показателями однофазных двигателей являются начальный пусковой момент, минимальный вращающий момент, минимальный вращающий момент, частота вращения, виброакустические показатели. В ряде случаев при выборе однофазного двигателя существенное значение имеют также энергетические и массогабаритные показатели. Для ряда приборов, например звуко- и видео-записи, а также кинотехники важными являются специфические показатели двигателя: уровень магнитных наводок, жесткость механической характеристики.

Aсинхронные конденсаторные двигатели находят наибольшее применение в бытовых приборах, так как не требуют дополнительных элементов, необходимых для включения в сеть, и имеют высокие энергетические показатели.

Наиболее распространенной является параллельная схема соединения обмоток рисунок (слева). Емкость рабочего конденсатора Ср выбирают из условий обеспечения требуемых характеристик однофазных двигателей. Для получения наилучших энергетических показателей в рабочей точке емкость выбирается такой, чтобы сдвиг фаз токов в главной и вспомогательной обмотках в номинальном режиме был близок к 90°. Для улучшения пусковых характеристик сдвиг фаз токов в обмотках 90° обеспечивается не в рабочей точке, а смещается в сторону скольжения s = 1. При этом улучшаются пусковые характеристики, но в рабочем режиме снижается КПД и увеличивается скольжение. Одним из недостатков параллельной схемы соединения обмоток является применение конденсаторов на большие рабочие напряжения (450-500 В при работе двигателя от сети 220 В), что увеличивает опасность поражения электрическим током.

Надежность изоляции двигателя и безопасной его эксплуатации повышается при применении последовательной схемы соединением обмоток рисунок (слева). Однако несмотря на эти и ряд других преимуществ производство двигателей с последовательным соединением обмоток ограниченно из-за отсутствия конденсаторов больших емкостей и малых рабочих напряжений.

В конденсаторных двигателях мощностью выше 50 Вт, когда это позволяют габариты статора, целесообразно применять трехфазные обмотки, включаемые в однофазную сеть. На рисунках (справа) показаны схемы подключения асинхронного двигателя подключения асинхронного двигателя в однофазную сеть трехфазных обмоток, соединенных звездой и треугольником. Направление вращения ротора такого двигателя зависит от того, к какой обмотке подключен конденсатор.

Асинхронные двигатели с пусковыми элементами. В качестве пусковых элементов применяются пусковая обмотка повышенного сопротивления и пусковой конденсатор. Двигатели с пусковой обмоткой повышенного сопротивления просты по конструкции и дешевы, не имеют дополнительного фазосдвигающего элемента. Время подключения пусковой обмотки к сети обычно не должно превышать 5 с. Двигатели имеют достаточно хорошие пусковые характеристики (кратность начального пускового момента - до 1,5), однако кратность пускового тока достигает 10 и более. К недостаткам двигателей данного типа следует отнести пониженную надежность по сравнению с конденсаторными двигателями из-за возможного выхода из строя пусковой обмотки.

Электродвигатели с пусковым конденсатором. Для улучшения пусковых характеристик последовательно с пусковой обмоткой включается пусковой конденсатор С_п. Так как после пуска конденсатор отключается, то остальные характеристики двигателя сохраняются такими же, как и у двигателя с пусковой обмоткой повышенного сопротивления.

Особенность схемы включения обмоток по рисунку (слева), состоит в том, что для пуска используется часть главной (рабочей) обмотки, которая разбивается на две фазы, соединяемые последовательно так, чтобы угол пространственного сдвига осей фаз был в пределах 105-120°. Одна часть обмотки на время пуска шунтируется конденсатором, чем обеспечивается требуемый угол сдвига фаз токов в частях обмотки при пуске. После пуска конденсатор отключается таким же устройством, что и пусковая обмотка повышенного сопротивления. В номинальном режиме двигатель работает как обычный однофазный двигатель с пульсирующим полем в зазоре.

Находят применение конденсаторные двигатели с рабочим С_р и пусковым С_п конденсаторами. Как правило, пусковой конденсатор в момент пycка шунтирует рабочий (рисунок ниже).

Асинхронные двигатели с экранированными полюсами. Двигатели с экранированными полюсами применяются в основном в вентиляторах и тепловентиляторах. Двигатель представляет собой явнополюсную машину с сосредоточенными обмотками, расположенными на полюсах, и коротзамкнутыми витками на части полюсов. Короткозамкнутые витки изготовляются из меди, реже - из алюминия и охватывают 1/3 часть полюса. Двигатели изготовляются в двух-, четырех- реже в шестиполюсном исполнениях. Ротор - обычный короткозамкнутый. Из-за больших потерь в короткозамкнутом витке двигатели с экранированными полюсами имеют более низкий КПД (25-40%) по сравнению с аналогичными конденсаторными двигателями.

Пусковые характеристики двигателей невысоки [М_п = (0,2 - 0,8)М_ном]. Мощность не превышает 30-40 Вт, поскольку изготовлять более мощные двигатели экономически невыгодно.

К недостаткам этих двигателей следует отнести также отсутствие возможности реверсирования при обычном исполнении.

Основными преимуществами двигателей с экранированными полюсами являются их простота, низкая стоимость и отсутствие дополнительных пусковых устройств.

Асинхронные двигатели с асимметричным статором. Двигатели этого типа по принципу действия и конструктивному исполнению подобны двигателям с экранированными полюсами, но не имеют короткозамкнутых витков на полюсах. Сдвиг магнитных потоков при пуске создается в результате насыщения участков спинки статора малого сечения. Для улучшения пусковых характеристик применяются также магнитные шунты между полюсным наконечником и малым дополнительным полюсом. Воздушный зазор под полюсом выполняется неравномерным для уменьшения провала в кривой момента из-за влияния высших гармонических МДС. Воздушный зазор под полюсом выполняется неравномерным.