Строительные машины и оборудование, справочник






Электрический привод


Категория:
   Управление прицепными и навесными машинами


Электрический привод

Электрический привод систем управления различными органами дорожно-строительных машин является наиболее распространенным благодаря ряду преимуществ: индивидуальному подходу к каждому механизму машины, реверсированию хода, дистанционному управлению. Наиболее простым и дешевым в эксплуатации является электродвигатель с короткозамкнутым ротором напряжением 220/380 В. Вместе с тем эти двигатели имеют большой пусковой ток, в 5 раз превышающий номинальный, а также малый пусковой момент, поэтому они применяются при мощности до 15 кВт.

Асинхронные двигатели с фазовым ротором используют в строительных машинах при больших мощностях. Такие двигатели имеют большие размеры и высокую стоимость, но меньшие пусковые токи и более высокий пусковой момент. Их используют при мощности до 100 кВт.



Электрический привод — это устройство, состоящее из электродвигателя, комплекса аппаратуры для управления двигателем и промежуточной передачи от двигателя к рабочему органу машины. Выбор типа двигателя производится в зависимости от рода тока и величины номинального напряжения, от величины номинальной мощности и скорости, вида естественной характеристики двигателя и его конструктивного исполнения.

В подъемно-транспортных машинах применяются специальные крановые двигатели постоянного тока серии ДП и переменного тока с контактными концами серии МТВ и с короткозамкнутым ротором серии МТК, а также металлургические двигатели переменного тока с контактными кольцами серии МТМ и с коротко замкнутым ротором серии МТКМ, а в области малых мощностей применяются также асинхронные двигатели общепромышленных типов. Так, для привода электроталей, кран-балок и подъемников, а также для привода транспортирующих устройств широко используются асинхронные электродвигатели с повышенным скольжением (АС и АОС), с повышенным пусковым моментом (АП и АОП) и двигатели с контактными кольцами (АК и АО К).

Выбор рода тока обычно производится применительно к основным производственным агрегатам. В отдельных случаях мощные краны могут питаться постоянным током от индивидуальных преобразователей, но при этом существенно возрастают стоимость и эксплуатационные расходы.

Двигатели постоянного тока более удобны для использования в грузоподъемных машинах, так как они обладают большей перегрузочной способностью, позволяют осуществлять регулирование скорости в широких пределах и могут использоваться с большей частотой включений в час, чем двигатели переменного тока.

По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяют на двигатели последовательного, параллельного и смешанного возбуждения.

На рис. 1,а показаны естественные механические характеристики двигателей постоянного тока, т. е. зависимости между крутящим моментом, развиваемым двигателем и его скоростью (числом оборотов) в том случае, когда двигатель подключен без каких-либо дополнительных сопротивлений к источнику энергии с напряжением, равным номинальному напряжению двигателя.

Характеристика двигателя называется жесткой, если при изменении момента нагрузки скорость двигателя изменяется незначительно. Если же при изменении нагрузки происходит значительное изменение скорости, то такая характеристика называется мягкой. Наиболее мягкой является характеристика двигателя с последовательным возбуждением. Она позволяет производить перемещение малых грузов с большей скоростью, что приводит к повышению производительности механизма. Наиболее жесткой является характеристика двигателя с параллельным возбуждением. Характеристика двигателя со смешанным возбуждением занимает среднее положение между характеристиками описанных двигателей.

Максимальный момент двигателей постоянного тока ограничен током короткого замыкания и может во много раз превышать номинальный момент. Однако этот момент не может быть ограничен ни по условиям нагрева двигателя, ни по механической прочности двигателя и механизма. Поэтому ГОСТ 184—61 устанавливает предельно допускаемые нагрузки для двигателей с последовательным возбуждением от 4 до 4,5 номинального момента при номинальной скорости и от 5 до 5,5 при трогании двигателя с места.

Рис. 1. Механические характеристики двигателей:
а — постоянного тока; б — переменного тока

При спуске груза механизмом, имеющим двигатель постоянного-тока, энергия поднятого груза возвращается в сеть (рекуперация энергии), что является также преимуществом двигателей постоянного тока. Наибольшее применение в механизмах кранов имеют двигатели с последовательным возбуждением благодаря мягкой характеристике и высокому значению пускового момента. Движение механизма с этим Двигателем при малых нагрузках происходит со значительно более высокими скоростями, чем при полном грузе, что сокращает время Цикла и увеличивает производительность машины.

Двигатели с параллельным (независимым) возбуждением применяются для тех механизмов, для которых по условиям технологического процесса требуется жесткая характеристика и возможность плавно и в достаточно широких пределах регулировать скорость.

Двигатели смешанного возбуждения используются в тех случаях, когда требуется большой пусковой момент и смягченная характеристика и где нельзя применять двигатель последовательного возбуждения, например, у таких машин, у которых нагрузка в какой-то момент времени работы может быть близка к нулю. Наиболее часто двигатели смешанного возбуждения применяются в механизмах поворота и передвижения.

Двигатели постоянного тока применяются главным образом на кранах металлургического производства. Так как их использование требует наличия специальных устройств, преобразующих промышленный переменный ток в постоянный, то преобладающее применение в подъемно-транспортных машинах находят асинхронные двигатели переменного тока, питающиеся непосредственно от сети, не требующие дорогих преобразовательных устройств и имеющие меньший вес, габариты и стоимость.

Различают крановые двигатели переменного тока с контактными кольцами (серия МТБ) и с короткозамкнутым ротором (серия МТК). Механическая характеристика этих двигателей в рабочей части жесткая, что приводит к весьма малому изменению скорости движения при значительном изменении момента нагрузки. Жесткость характеристик асинхронных двигателей, так же как и двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, в пределах номинальной нагрузки настолько велика, что применительно к большинству приводов, где особая точность определения скорости не имеет значения, ее считают неизменяемой в пределах от холостого хода до полной нагрузки.

Двигатели с короткозамкнутым ротором наиболее надежны в эксплуатации и наиболее дешевые. Они применяются в тех случаях, когда не требуется электрическое регулирование скорости или когда достаточно ступенчатого регулирования, получаемого при применении многоскоростных двигателей. Они применяются для привода электроталей, кран-балок, тихоходных механизмов кранов и подъемников, конвейеров, всякого рода вспомогательных механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме со сравнительно небольшой частотой включения.

Дальнейшее расширение области использования этих двигателей ограничивается их нагревом при повышенной частоте включений, повышенными ускорениями механизма в процессе пуска и в некоторых случаях величиной пусковых токов.

Двигатели с короткозамкнутым ротором включают непосредственно в сеть, благодаря чему в период пуска пусковой ток в четыре—шесть раз превышает величину нормального тока при установившемся движении. Максимальная нагрузка асинхронного двигателя четко ограничена величиной его критического (опрокидывающего) момента. Возможность использования двигателя при нагрузках, близких к критическому моменту, ограничивается не только опасностью перехода на неустойчивую часть характеристики, но и резко возрастающими потерями и чрезмерным нагреванием двигателя. Поэтому асинхронный двигатель нельзя нагружать даже кратковременно свыше 60% критического момента для двигателей с контактными кольцами и свыше 60% пускового момента (момента включения) для двигателей с короткозамкнутым ротором.

Возможность применения двигателей с короткозамкнутым ротором необходимо проверять путем расчета, при котором определяют получаемые величины ускорения при пуске, что имеет особое значение для механизмов передвижения, где при резком приложении пускового момента возможно пробуксовывание ходовых колес по рельсам.

Недостатки двигателей с короткозамкнутым ротором следующие:
1) пусковой момент, а следовательно, и ускорение механизма при каждом пуске достигает максимальной величины, что затрудняет управление и вызывает высокие динамические напряжения в элементах механизма и раскачивание груза;
2) все пусковые потери, пропорциональные кинетической энергии привода, преобразуемые в тепловую энергию, идут на нагрев обмоток самого двигателя, в то время как в двигателе с контактными кольцами часть потерь идет на нагрев пусковых сопротивлений, расположенных вне двигателя;
3) затрудненность регулирования скорости приводит к необходимости повышения частоты включений, что также повышает нагрев короткозамкнутых двигателей.

Асинхронные двигатели с контактными кольцами имеют несколько больший вес, габариты и стоимость и меньшие потери энергии в обмотках при переходных процессах по сравнению с двигателями с коротко-замкнутым ротором. При этом характеристика двигателя наиболее крутая. Разгон двигателя происходит по линии а—б, где скорость его возрастает от нуля до nv При этом уменьшают сопротивление и двигатель переходит на другую характеристику, по которой разгон осуществляется до скорости. Затем снова выключается часть сопротивления, ток возрастает, и разгон двигателя происходит по характеристике до скорости. И, наконец, при полном выключении сопротивления двигатель переходит на естественную характеристику, при которой и работает, имея скорость, соответствующую моменту сопротивления при подъеме данного груза.

Рис. 2. Схема разгона механизма с приводом от электродвигателя переменного тока с контактными кольцами

В ряде случаев используются так называемые встраиваемые двигатели, не имеющие станины, подшипниковых щитов и вала. Такие двигатели встраиваются непосредственно в корпус машины, например в барабан электротали.

По защите от воздействия окружающей среды электродвигатели подразделяются на открытые — не имеющие защитных приспособлении, еащищенные— имеющие защитные устройства в виде сеток, козырьков и т. п., препятствующих попаданию внутрь двигателя посторонних предметов, дождя и брызг, но не препятствующие свободному обмену воздуха между двигателем и средой; закрытые и герметические — не имеющие специальных отверстий для циркуляции воздуха — воздухообмен возможен только благодаря неплотностям в стыках; взрывобезопасные — имеющие специальный корпус, препятствующий распространению пламени в окружающую среду при взрыве внутри корпуса. Открытые двигатели применяются при работе механизма в сухих, не пыльных помещениях: защищенные— при работе в среде с повышенной влажностью; закрытые — в пыльных и влажных помещениях и взрывобезопасные — при работе во взрывоопасной среде.

Рис. 3. Система координат для изображения механических характеристик двигателей и механизмов:
а — электроторможение при передвижении; б — двигательный режим; в — силовой спуск малых грузов —двигательный режим; г — тормозной спуск груза

Большое применение в кранах и электроталях получают двух-скоростные электродвигатели, позволяющие путем переключения пар полюсов изменять скорость вращения ротора и получать две скорости Движения механизма.

Рассматривая характеристики двигателей, следует различать д в и-гательный и тормозной режимы их работы. В двигательном режиме двигатель приводит в движение рабочие органы машины, производя подъем груза, передвижение крана или тележки. В тормозном режиме двигатель создает замедление машины и предотвращает появление чрезмерно высокой скорости. При работе в двигательном режиме движение происходит в направлении действия момента двигателя — момент и скорость двигателя совпадают по направлению.

В тормозном режиме момент двигателя направлен против направления скорости. Примерами работы двигателя в тормозном режиме является ограничение скорости спуска тяжелых грузов, электрическое торможение крана или тележки перед остановкой. При подъеме груза направление действия момента, развиваемого двигателем, и направление вращения вала двигателя совпадают. Примем эти направления за положительные. Момент сопротивления УИС, т. е. момент, создаваемый грузом, является отрицательным.

При работе двигателя в механизме передвижения и поворота, когда двигатель преодолевает момент сопротивления, момент двигателя положителен, а момент сопротивления отрицателен. Если же при горизонтальном движении имеется ветровая нагрузка, помогающая движению, а двигатель противодействует движению, то при этом осуществляется тормозной режим работы двигателя и его момент становится отрицательным, а момент сопротивления положительным.

При спуске тяжелых грузов двигатель развивает тормозной момент, направленный против направления движения. В этом случае момент двигателя является отрицательным и этот спуск называется тормозным. Если же спускается легкий груз, вес которого не может преодолеть момент сопротивлений в механизме, то двигатель развивает момент, направленный в сторону движения груза. В этом случае момент двигателя положителен и такой спуск называется силовым. Момент сопротивления трения в элементах привода принимается в этом случае за отрицательный.

Так как работа электропривода грузоподъемных машин происходит в повторно-кратковременном режиме с частыми пусками и остановками, то весьма важно обеспечить защиту электродвигателя и пусковой аппаратуры от перегрузки, а механизм предохранить от возможности самопроизвольного включения при восстановлении напряжения сети после временного отключения. Поэтому все подъемно-транспортные машины снабжаются автоматической тепловой или максимальной и нулевой защитой, осуществляемой тепловыми, максимальными и блокировочными реле.

Кроме того, электроприводы кранов и других подъемно-транспортных механизмов, имеющие двигатели с фазным ротором, снабжаются устройствами, обеспечивающими автоматический контроль за режимом пуска электродвигателей, во избежание возможности разгона электродвигателей без задержки на промежуточных положениях контроллера или командо-контроллера. Управление электродвигателями подъемно-транспортных машин осуществляется при помощи контроллеров, магнитных пускателей, контакторов или релейно-контакторных систем.

Подвод тока к электродвигателям производится при помощи троллеев, гибких кабелей и кольцевых токоприемников. Троллеи, изготовленные из стального проката или проволоки круглого сечения, находят преимущественное применение, особенно в мостовых кранах, перегрузочных мостах, монорельсовых тележках и т. п. В качестве токосъема используются чугунные или графитовые башмаки, скользящие по поверхности троллея, или ролики, катящиеся по поверхности проволоки. Подвод гибким кабелем используется при движении машин на небольшие расстояния и с невысокой скоростью. Для подвода тока к вращающимся механизмам используют кольцевые токосъемы, закрепляемые на колонне крана.

Выбор мощности электродвигателя. Правильный выбор мощности электродвигателя имеет большое значение, так как установка двигателя недостаточной мощности снижает производительность механизма и вызывает преждевременный выход двигателя из строя. В этом случае происходит перегрев двигателя сверх допускаемой температуры нагрева, что резко снижает срок службы изоляции обмоток. Так, перегрузка двигателя с хлопчатобумажной и шелковой изоляцией на 25% сокращает его срок службы с 20 лет до нескольких месяцев, а перегрузка на 50% приводит двигатель в негодность в течение нескольких часов.

Установка двигателя завышенной мощности экономически нецелесообразна и, кроме того, приводит к снижению его энергетических показателей (снижается к. п. д., а у асинхронных двигателей и коэффициент мощности) и может привести к повышенному износу и даже поломке элементов механизма.

Особенности работы электропривода грузоподъемных машин, т. е. резко переменная нагрузка, работа в повторно-кратковременном режиме с большим числом включений в час, сложный цикл работы, предъявляют специфические требования к выбору мощности электродвигателя.

Электродвигатель, определенной мощности, выбранный для механизма грузоподъемной машины, должен удовлетворять следующим основным требованиям:
1. При работе в повторно-кратковременном режиме с заданной продолжительностью включения в течение неограниченного периода времени двигатель не должен нагреваться сверх допустимого предела.
2. Пусковой момент электродвигателя должен быть достаточен для обеспечения разгона механизма с заданной величиной ускорения. В то же время мощность выбранного двигателя не должна быть чрезмерно большой, так как при этом могут возникнуть чрезмерно большие ускорения, отрицательно влияющие на работу механизма.

В зависимости от характера выполняемой механизмом работы различают три режима нагрева электродвигателя: продолжительный — при котором двигатель успевает нагреться до установившейся темпе-РатУРы; кратковременный — при котором двигатель за время работы Не успевает нагреться до установившейся температуры, а паузы меж-ДУ включениями настолько велики, что двигатель успевает охладиться температуры окружающей среды; повторно-кратковременный — при котором двигатель за время одного включения не успевает на-Реться до установившейся температуры, а за время паузы не успевает ладиться до температуры окружающей среды В этом случае при каждом следующем включении двигатель начинает работу при температуре, несколько превышающей начальную температуру предыдущего включения. Спустя некоторое время, температура двигателя начинает колебаться мэжду наибольшим и наименьшим значениями, остающимися при дальнейшей работе неизменными.

Соответственно этим трем режимам происходит и выбор мощности электродвигателя. Так, для двигателей продолжительного режима в каталогах на электродвигатели указывается номинальная мощность без ограничения времени их работы. Для двигателей кратковременного режима указывается несколько значений времени работы и для каждого времени указывается значение номинальной мощности. Выбор двигателей, работающих в этих режимах, производится по условию, чтобы расчетная мощность не превышала номинальную мощность двигателя.

Для грузоподъемных машин наиболее характерным является работа двигателя в повторно-кратковременном режиме, для которого в каталогах для нескольких номинальных значений относительной продолжительности включения (ПВ = 15, 25, 40 и 60%) приведены соответствующие значения номинальных мощностей для цикла продолжительностью не более 10 мин. При большей продолжительности цикла режим работы считается продолжительным (ПВ =100%). С увеличением относительной продолжительности включения номинальная мощность, номинальный момент и номинальный ток одного и того же двигателя уменьшается.

В большинстве случаев нагрузка грузоподъемных машин, а также длительность их рабочих периодов и пауз изменяется в процессе работы. Для расчета следует построить нагрузочную диаграмму для двигателя, т. е. зависимость мощности или крутящего момента от времени за период цикла работы механизма. Каждому периоду работы, т. е. каждому моменту нагрузки М и каждой мощности N, соответствуют определенные потери и количество тепла, образующегося в двигателе.

Так как продолжительность переходных периодов зависит от параметров двигателя (его махового момента, пускового момента и скорости вращения), то определение среднеквадратичного момента можно сделать только для выбранного двигателя. Поэтому приходится применять метод последовательного приближения, определяя сначала ориентировочно необходимую мощность по статической мощности при работе механизма с номинальным грузом, в соответствии с указаниями, приведенными в главах, где рассматриваются отдельные механизмы грузоподъемных машин.

Читать далее:

Категория: - Управление прицепными и навесными машинами

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины