книги из ГПНТБ / Гейлер Л.Б. Электрооборудование и электроавтоматика кузнечно-прессовых машин

Увеличение диапазона регулирования достигается изменением магнитного потока двигателя Д, как это было описано выше. Этому способу регулирования ско­

регулирования обоими способами; обычно он достигает 20 ; 1 или 30 : 1.

Пуск в ход электродвигателя Д (фиг. 12) производится следующим образом. Перед пуском двигатель Д получает полное'-возбуждение, для чего реостат 2 полностью выводится. Далее реостатом 1 постепенно увеличивается возбуждение генератора Г, что вызывает постепенное увеличение напряжения, приложенного

к якорю двигателя Д. Двигатель Д ускоряется.

Фиг. 13. Механические характеристики системы генера­ тор — двигатель.

При изменении направления тока в обмотке возбуждения генератора Г двига­ тель Д начинает вращаться в обратную сторону.

Система генератор—двигатель позволяет осуществить торможение с рекуперацией до полной остановки электродвигателя.

Ток якоря электродвигателя может быть выражен формулой (40):

Для торможения необходимо, чтобы ток в якоре изменил свой знак; момент при этом также изменит знак и вместо крутящего станет тормозным.

Торможение возникает при увеличении магнитного потока электродвигателя посредством реостата 2 или при уменьшении напряжения генератора посредством реостата 1. В обоих случаях э. д. с. Е двигателя становится выше напряжения гене­ ратора U, что обусловливает тормозной режим. При этом электродвигатель Д обра­ щается в генератор, который приводится во вращение кинетической энергией движу­ щихся масс; генератор Г обращается в электродвигатель и начинает вращать со сверх­ синхронной скоростью машину АД, которая при этом работает, как генератор и отдает энергию в сеть.

Процессы пуска, торможения или реверса двигателя в рассматриваемой системе отличаются высокой экономичностью. Это объясняется тем, что при ограничении тока двигателя при пусковых и^и тормозных процессах посредством изменения напря­ жения питающего его генератора отсутствует значительное выделение тепла в цепи якоря электродвигателя.

29

Процессы пуска и торможения в системе Г — Д осуществляются посредством легкой и компактной аппаратуры, управляющей лишь небольшими токами возбуж­ дения. Все это делает описанную систему весьма подходящей для работы с частыми пусками, торможениями и реверсами.

Важнейшими недостатками описанной системы являются относительно низкий к. п. д. (при длительной работе двигателя) и высокая стоимость, что объясняется наличием в системе большого числа электрических машин.

Стоимость рассматриваемой системы превышает стоимость одного короткозам­ кнутого асинхронного двигателя той же мощности в 7—8 раз.

Кроме того, требуется много места для размещения электрических машин системы.

§10. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ И МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Впоследнее время для привода кузнечно-прессовых машин начинают применять электромашинные усилители (ЭМУ) с поперечным полем. Эти машины применяют

также мала и даже при коротком замыкании щеток опасности для целости машины не представляет.

Ток, протекающий по обмотке якоря, создаст поток Ф2 реакции якоря, направлен­ ный перпендикулярно потоку Фх и значительный по своей величине. Проводники якоря будут пересекать также и этот поток, и в них будет наведена э. д. с., направле­ ние которой указано знаками, стоящими рядом с проводниками.

Если теперь в плоскости, перпендикулярной к потоку Ф2, поместить еще пару щеток, то током данной машины можно питать потребитель П, подключенный ко второй паре щеток.

Так как ток, поступающий к потребителю, является весьма значительным, то обмотка якоря создает магнитный поток Ф3, направленный навстречу потоку Фх. Поток Ф3 по сравнению с потоком Фх весьма велик, и для его компенсации создается специальная компенсационная обмотка К, включенная последовательно с якорем.

Поток Ф4 компенсационной обмотки в любой момент равен потоку Ф3 и направлен ему навстречу.

Некоторым дополнительным увеличением числа ампер-витков этой обмотки можно добиться также и компенсации внутреннего падения напряжения машины, так как при этом ее э. д. с. будет при нагрузке несколько уэеличиваться.

Мощность Р, отдаваемая машиной (выходная мощность), во много раз больше входной мощности Ри которая была подведена к обмотке возбуждения машины .

30

О т н о ш е н и й

называется коэффициентом усиления ЭМУ по мощности. Коэффициент усиления по мощности может доходить до К р = 10 000.

Отдаваемая мощность Р получается от первичного двигателя, вращающего ЭМУ. Входная мощность Pi, управляющая выходной мощностью, весьма мала и может составлять всего несколько десятых долей ватта. Такая малая входная мощность может быть получена, например, от электронных ламп. Таким образом, ЭМУ дает воз­ можность управлять приводами значительной мощности при помощи малогабарит­

ной, дешевой и легкой аппаратуры.

ток в ней при уменьшении напряжения усиливал магнитный поток ЭМУ, а при уве­ личении напряжения уменьшал его. Эта обратная связь по скорости изменения напря­ жения (первой производной по времени) приводит к его стабилизации.

В настоящее время ЭМУ используют в отдельных случаях для обеспечения постоянства скорости вращения или перемещения элементов кузнечно-прессовых машин. В частности, в агрегате для продольной резки тонкой стальной полосы посредством ЭМУ обеспечивалось постоянство натяжения ленты при изменении диаметра рулона.

ЭМУ применялся также для стабилизации скорости перемещения ползуна тяже­ лого гидравлического пресса путем надлежащего изменения положения иглы гидра­ влического дросселя.

В последние годы в кузнечно-прессовом машиностроении начинают применять

стали, на который намотаны три обмотки (фиг. 15). Обмотку 1, называемую управляю­ щей обмоткой, включают в цепь постоянного тока. По обмоткам 2 и 3 протекает переменный ток. Изменяя величину постоянного тока в управляющей обмотке 1, можно изменять насыщение стального сердечника. При этом будут изменяться соз­ данные переменным током магнитные потоки, сцепленные с каждой из обмоток пере­ менного тока, э. д. с. самоиндукции, наводимая в этих обмотках, и их индуктивное сопротивление. Таким образом, изменяя постоянный ток в обмотке управления маг­ нитного усилителя, мы получаем возможность управлять сопротивлением цепи пере­

менного тока.

Число витков обмотки 1 может быть сделано достаточно большим, а мощность, подводимая к этой обмотке,"может быть весьма малой. Посредством этой малой мощ­ ности мы получаем возможность управлять весьма значительными мощностями

31

И. ВЫБОР МОЩНОСТИ ПРИВОДА КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ МАШИН

ГЛАВА 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

§ 11. НАГРЕВАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ НАГРУЗКЕ

Загрузка электродвигателя может быть охарактеризована нагру­ зочным графиком (фиг. 16), представляющим собой зависимость мощности на валу электродвигателя, его момента или тока от вре­ мени.

После окончания цикла обработки одной детали в течение вре­ мени t начинается обработка следующей, и нагрузочный график

р,Г

APIs

Фиг. 16. Нагрузочный график при изготовлении одно­ типных деталей.

повторяется снова с тем же чередованием мощностей Рь Р2, Р3,. . .

на валу электродвигателя.

Из уравнения (1) видно, что момент двигателя может быть равен моменту сопротивления, развиваемому производственной машиной, лишь при неизменной скорости вращения или при моменте инер­ ции, равном нулю. У реальной производственной машины, рабо­ тающей с переменной нагрузкой, указанные выше условия не имеют места. Однако при жесткой механической характеристике двигателя и при отсутствии маховика приближенно считают, "что графики момента электродвигателя и момента сопротивления производствен­ ной машины совпадают.

Для обеспечения работы по этому нагрузочному графику электро­ двигатель должен удовлетворять двум условиям: 1) электродвига­ тель должен развивать наибольшую мощность, требуемую в про­ цессе обработки, и 2) при работе по данному нагрузочному графику электродвигатель не должен перегреваться выше нормы.

Допустимая перегрузка электродвигателей определяется их электрическими свойствами; значения этих перегрузок были приве­ дены выше/

Нагрев электродвигателя обусловливают возникающие в нем при работе потери мощности. К ним относятся потери на нагрев током обмоток электродвигателя, на нагрев магнитопровода от гисте­ резиса и вихревых токов и в некоторой мере на трение в подшипни­ ках и на трение о воздух.

Потери на нагрев обмоток электродвигателя (переменные потери) резко изменяются при колебаниях нагрузки двигателя. Переменные

Допустимый нагрев электродвигателя определяется наименее теплостойким материалом конструкции электродвигателя. Таким материалом является изоляция его обмотки. В отечественных электродвигателях применяется изоляция класса А. Это — хлоп­ чатобумажная изоляция, пропитанная изолирующими составами. Такая изоляция допускает наибольшую температуру нагрева 105°.

Учитывая трудности измерения максимальной температуры

различным при разных температурах окружающей среды. За стан­ дартную температуру окружающей среды принимают t0 — 35°.

К этой температуре отнесены значения номинальной мощности электродвигателей.

Величиной, характеризующей нагрев электродвигателя и не зави­

Таким образом, согласно изложенному, номинальный перегрев изоляции класса А составляет 60°.

После включения электродвигателя для работы с определенной нагрузкой его перегрев постепенно нарастает до тех. пор, пока не достигнет некоторого установившегося значения, соответствую­ щего данной нагрузке электродвигателя. Постепенный характер нарастания перегрева обусловливается значительной теплоемкостью

34

электродвигателей. При неизменной продолжительной нагрузке установившийся перегрев практически достигается через 0,5—7 час. в зависимости от типа электродвигателя и его номинальной мощности.

При переменной нагрузке перегрев также изменяется.

Для повышения допустимой температуры нагрева электрических машин большое значение приобретают новые виды изоляции, создан­ ной из стеклянных тканей или чешуек слюды, пропитанных или склеенных синтетическими кремнийорганическими лаками. Такие изоляции отличаются высокой теплостойкостью, влагостойкостью, долговечностью и допускают длительную работу при нагревах,

сонала и с применением специальных смазок подшипников.

На нагрев изоляции тепло, выделяемое в различных частях электродвигателя, влияет не в одинаковой степени. Потери на тре­ ние, например, существенно на нагрев изоляции электродвигателя не влияют. Кроме того, при работе между отдельными частями элек­ тродвигателя возникает теплообмен, характер которого изменяется в зависимости от условий нагрузки электродвигателя.

Различие условий нагрева отдельных частей и сложность явле­ ний теплообмена между ними затрудняют аналитическое исследо­ вание теплового состояния электродвигателя. Поэтому для упроще­ ния принимают, что все потери в одинаковой степени влияют на нагрев электродвигателя, который условно считают однородным телом с бесконечно большой теплопроводностью.

§12. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПРИ ПОСТОЯННОЙ И ПЕРЕМЕННОЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ

П р о д о л ж и т е л ь н ы й режим работы характеризуется длительным включением электродвигателя с постоянной или пере­

Определение мощности электродвигателя, работающего в про­ должительном режиме с постоянной нагрузкой, достаточно просто. В этом случае (фиг. 17) его номинальная мощность должна равняться мощности, требуемой для работы машины. Так как электродвига­ теля с номинальной мощностью, точно совпадающей с требуемой, в каталоге обычно не оказывается, то подбирают электродвигатель ближайшей большей мощности.

Потери при пуске электродвигателя превышают потери при номинальной нагрузке, но при работе в рассматриваемом режиме пусковые процессы повторяются настолько редко, что эти потери можно не учитывать.

При работе с постоянной продолжительной нагрузкой мощность на валу электродвигателя может быть определена по формуле

Фиг. 18. График работы с переменной нагрузкой

Примером продолжительной работы с переменной нагрузкой могут служить двигатели кузнечно-прессовых машин, работающие с маховиком.

Примерный нагрузочный график электродвигателя, работающего с продолжительной переменной нагрузкой, представлен на фиг. 18. Мощностям Р1г Р2, ... на валу электродвигателя соответствуют отрезки времени tu t2, ...

Двигатели, применяемые для привода кузнечно-прессовых машин, нормированы по продолжительному режиму работы. Поэтому для определения необходимой мощности электродвигателя надо найти такой продолжительный режим постоянной по величине нагрузки, который был бы в отношении нагрева электродвигателя эквивалентен данному режиму прерывистой нагрузки. Это значит, что в течение времени цикла при работе с эквивалентной нагрузкой, постоянной по величине, в электродвигателе выделится столько же тепла, сколько выделяется за один цикл работы по графику

3 6

Как было указано выше, потери ДР в электродвигателе про­

порциональны теплу, выделяемому в секунду, и, согласно закону Ленца-Джоуля, равенство (49) можно представить в виде

электродвигатель, у которого потери АРН при номинальной нагрузке равны или несколько больше ДРе.

Для определения АРе необходимо найти потери в электро­ двигателе при всех мощностях Рг, Р2, . . . , пользуясь графиками

или формулами зависимости к. п. д. от нагрузки на валу электро­ двигателя.

Разделяя потери на постоянные и переменные и учитывая, что

Удвигателей постоянного тока крутящий момент и ток якоря связаны формулой (37):

М= с м1яФ.

Удвигателя с параллельным возбуждением магнитный поток Ф

является величиной постоянной и при изменении нагрузки электро­ двигателя своей величины не изменяет; поэтому момент можно счи­ тать пропорциональным току якоря. В этом случае, для выбора мощ­

37