Электродвигатели. Применение и эксплуатация электрических машин малой мощности для систем автоматики

Электродвигатели. Применение и эксплуатация электрических машин малой мощности для систем автоматики

11.3. Применение и эксплуатация электрических машин малой мощности для систем автоматики Правильность выбора и применения ЭМММ является важным условием, обеспечивающим требуемые технические и эксплуатационные характеристики систем автоматики и прежде всего такие, как точность, чувствительность, быстродействие, надежность и др. 11.3.1. Выбор электродвигателя для систем автоматики. При выборе электродвигателей (рис. 11.17) на основании анализа требований, предъявляемых к аппаратуре, составляется перечень требований к их основным электромеханическим и эксплуатационным параметрам: напряжению питания и допускаемому его отклонению, полезной мощности и моменту на валу, частоте вращения и ее стабильности, пусковому моменту, быстродействию, напряжению трогания, КПД, режиму работы, долговечности и сохраняемости, массе и габаритным размерам, стойкости к воздействию механических нагрузок и климатических факторов. В тех случаях, когда выбранный электродвигатель не обладает устойчивостью ко всем эксплуатационным факторам, характерным для данной аппаратуры, необходимо предусмотреть технические меры защиты от воздействующего фактора (амортизацию, герметизацию, дополнительный теплоотвод, экранирование, токовую защиту и т. п.). Основными вопросами, которые необходимо решить при выборе электродвигателя для аппаратуры, являются выбор типа двигателя с электромеханическими свойствами, отвечающими характеру нагрузки, и определение номинальной мощности электродвигателя.

Мощность электродвигателя выбирают, исходя из необходимости обеспечить выполнение заданной работы электропривода при соблюдении нормального теплового режима и допустимой механической перегрузки двигателя. При этом следует учитывать нагрузку привода не только в установившемся режиме работы, но и во время переходных режимов. Важное значение имеет также цикличность работы привода, которая характеризуется графиком частоты вращения при заданном графике статического момента приводимого механизма. По графику частоты вращения определяют ускорение для любого момента времени, затем момент инерции всех вращающихся частей механизма, приведенный к валу двигателя, и вычисляют значения динамических моментов. Алгебраическое сложение статических и динамических моментов нагрузки позволяет получить график полного момента, по которому и рассчитывают мощность двигателя. Графики частоты вращения и момента, развиваемого двигателем, полностью определяют его нагрузку.

По этим данным могут быть построены графики потребляемого двигателем тока, полезной и потребляемой мощности, потерь и т. д. На рис. 11.18 приведен пример нагрузочной диаграммы привода. Для лучшего использования двигателя принимают номинальный момент, близкий к среднему. Учитывая, что двигатели имеют определенную перегрузочную способность, необходимо предусмотреть проверку их на перегрузку. При этом должно выполняться следующее условие: Мтах sg /сД0ПМН0М, где кЛ0П — коэффициент допустимой перегрузки; Мном — номинальный момент двигателя. У коллекторных двигателей постоянного тока перегрузочная способность ограничивается условиями коммутации, а значения максимального момента двигателей обычно в 3 — 4 раза выше номинального. Двигатели постоянного тока могут нормально функционировать при условии обеспечения необходимого качества подаваемой электроэнергии, которое определяется стабильностью напряжения питания во времени и пульсацией мгновенного значения амплитуды питающего напряжения.

Существующие электродвигатели работают нормально при изменении напряжения питания в среднем на ±(10 — 25)% номинального значения (более точные данные на каждый тип электродвигателя указаны в технической документации); коэффициент пульсации напряжения источника питания, т. е. отношение. Как правило, двигатели приводят в движение исполнительный механизм через систему механических передач (редукторы, муфты), обладающую собственными потерями энергии на трение. При этом КПД редукторов может изменяться в зависимости от их качества, передаваемого момента и передаточного отношения в пределах от 50 до 99 %, поэтому при определении мощности приводного двигателя необходимо учитывать КПД системы передач. В ряде случаев выбор мощности двигателя производят по нагреву, а затем его проверяют по перегрузочной способности. При этом следует иметь в виду, что превышение температуры электродвигателя не должно быть выше допустимой температуры. При выборе электродвигателей для аппаратуры, работающей в условиях глубокого вакуума, в контакте с газообразными или жидкими агрессивными и взрывоопасными средами и для аппаратуры, критичной к воздействию электромагнитных радиопомех и помех по цепям питания, а также для аппаратуры с длительными сроками службы следует отдавать предпочтение бесконтактным электродвигателям постоянного тока. При монтаже электродвигателей в аппаратуре крепление их должно производиться по посадочному месту.

Наиболее распространенными видами крепления являются: фланцевое, за корпус и на лапах. Крепление электродвигателей фланцевого исполнения выполняется стяжными винтами или накладками, крепящими фланец к корпусу объекта. Крепление за корпус должно производиться за наружную поверхность корпуса электродвигателя с помощью охватывающих его металлических деталей (хомутиков, лент, стаканов и т. п.). Не допускается производить крепление деталями из неметаллических материалов. Крепежные детали электродвигателей, корпус которых выполнен из магнитотвердых материалов (постоянный магнит), должны выполняться без применения ферромагнитных материалов. Для механического соединения вала электродвигателя с рабочим механизмом в единую кинематическую схему применяются шестерни или муфты, насаживаемые на выходной конец вала. Форма конца вала может быть цилиндрическая гладкая, цилиндрическая с резьбой под гайку. Детали, укрепляемые на валу, должны быть динамически отбалансированы.

Допустимая остаточная неуравновешенность деталей и момент инер- ции нагрузки, приведенный к валу электродвигателя, указываются в технической документации. Подключение электродвигателей к источнику питания должно осуществляться в строгом соответствии с маркировкой выводных концов и указаниями технических условий, инструкции по эксплуатации илл паспорта. Для маркировки выводных концов применяются цветные провода, буквы, цифры и знаки полярности на клеммной колодке. Особое внимание следует обратить на соблюдение полярности подаваемого напряжения, так как у электродвигателей с электронными регуляторами частоты вращения и коммутаторами обратная полярность питающего напряжения приводит к выходу из строя транзисторов. Выводные концы электродвигателей присоединяются к сети питания с помощью пайки. Во избежание обрыва или повреждения изоляции выводных концов не следует допускать их резких перегибов и скручивания. 11.3.2. Выбор электровентиляторов для охлаждения аппаратуры Для охлаждения аппаратуры применяются в основном осевые и центробежные электровентиляторы (ЭВ). Аэродинамическая характеристика осевых ЭВ Н = f(Q) имеет провал на начальном участке — зону неустойчивой работы. Поэтому осевые ЭВ имеют относительно большую производительность Q при малых напорах Н и могут применяться в аппаратуре большого объема с малым аэродинамическим сопротивлением, а также для локального охлаждения наиболее нагретых элементов аппаратуры. Центробежные ЭВ характеризуются большим давлением при относительно малых расходах воздуха.

Они применимы в системах с большим аэродинамическим сопротивлением сети. Общая потеря давления в простом воздухопроводе определяется суммой потерь давления на всех его участках. Характеристика сложной сети может быть получена сложением характеристик отдельных участков и ответвлений. Характеристика последовательно соединенных участков представляет собой сумму ординат Н, а параллельно соединенных — сумму абсцисс Q. Характеристику строят по точкам, получаемым в результате расчета при различных расходах <2, или снимают опытным путем при продувке макета воздухопровода. По характеристике сети анализируют совместную работу ЭВ и сети. Для этого на характеристику ЭВ, построенную при постоянной угловой частоте вращения в координатах Н — Q, следует наложить характ.

 Точка пересечения двух кривых (рабочая точка) определит давление Ht и производительность Ql ЭВ при его работе в данной аэродинамической сети. Рабочей точке соответствует условие, когда производительность равна расходу воздуха, проходящего через сеть, а давление, создаваемое ЭВ, — потере давления в сети при этом расходе. Зная производительность ЭВ, по его полной характеристике можно определить значения мощности и КПД г| (рис. П.20). Для этого через рабочую точку следует провести вертикальную прямую до пересечения ее с кривыми P=f(Q) и г|=/(6), полученные точки А и В определяют соответствующие значения мощности и КПД по шкалам Р и т|. Для выбора ЭВ в конкретных случаях применения с учетом необходимой рассеиваемой тепловой мощности можно использовать специальную номограмму (рис. 11.21), содержащую сводную информацию о рабочих участках аэродинамических характеристик основных серий электровентиляторов малой мощности. Зная тепловую мощность, которую необходимо рассеять, и перепад температур между охлаждаемой поверхностью и воздухом, по верхней части номограммы определяем точку пересечения а, затем проводя из точки а вертикальную линию, пересекающую нижнюю часть номограммы, можно подобрать подходящую серию и тип ЭВ по сочетаниям значений Q и Н, получаемых в точках пересечения вертикальной линии а и характеристик различных серий ЭВ. 11.3.3. Выбор электромагнитных муфт Виды и типы электромагнитных муфт выбирают, исходя из требований к функциональным и массообъемным характеристикам создаваемого электропривода. При этом, как правило, возникает необходимость поиска оптимального сочетания положительных свойств и недостатков, присущих различным видам муфт в интересах решения конкретной задачи.