Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя. Мощность электродвигателя на валу

FAQ по электродвигателям | Техпривод

Какие электродвигатели применяются чаще всего?Какие способы управления электродвигателями используются?Как прозвонить электродвигатель и определить его сопротивление?Как определить мощность электродвигателя?Как увеличить или уменьшить обороты электродвигателя?Как рассчитать ток и мощность электродвигателя?Как увеличить мощность электродвигателя?Каковы потери мощности при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети?Какие исполнения двигателей бывают?Зачем электродвигателю тормоз?Как двигатель обозначается на электрических схемах?Почему греется электродвигатель?Типичные неисправности электродвигателейЗадать свой вопрос

1. Какие электродвигатели применяются чаще всего?

Наиболее распространены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Они имеют сравнительно простую конструкцию и относительно недороги.

Для работы асинхронного двигателя требуется трехфазное напряжение, создающее на обмотках статора вращающееся магнитное поле. Это поле приводит в движение ротор двигателя, который передает крутящий момент на нагрузку, например, на пропеллер вентилятора или редуктор конвейера. Изменяя конфигурацию обмоток статора, можно менять основные характеристики привода – частоту оборотов и мощность на валу. В случае работы асинхронного электродвигателя в однофазной сети применяют фазосдвигающие и пусковые конденсаторы.

Также в настоящее время находят применение двигатели постоянного тока. Данные приводы имеют щетки, подверженные износу и искрению. Кроме того, необходима обмотка подмагничивания (возбуждения), на которую подается постоянное напряжение. Несмотря на эти недостатки, электродвигатели постоянного тока используются там, где необходимо быстрое изменение скорости вращения и контроль момента, а также при мощностях более 100 кВт.

В быту также применяют коллекторные (щеточные) электродвигатели переменного тока, которые имеют низкую надежность по сравнению с асинхронными.

2. Какие способы управления электродвигателями используются на практике?

Управление электродвигателем подразумевает возможность изменения его скорости и мощности. Так, если на асинхронный двигатель подать напряжение заданной величины и частоты, он будет вращаться с номинальной скоростью и сможет обеспечить мощность на валу не более номинала. Если же нужно понизить или повысить скорость электродвигателя, используют преобразователи частоты. ПЧ может обеспечить нужный режим разгона и торможения, а также позволит оперативно управлять частотой работы.

Для обеспечения требуемого разгона и торможения без изменения рабочей частоты применяют устройство плавного пуска (УПП). Если нужно управлять только разгоном двигателя, используют схему включения «звезда-треугольник».

Для запуска двигателей без ПЧ и УПП широко применяются контакторы, которые позволяют дистанционно управлять пуском, остановом и реверсом.

3. Как прозвонить электродвигатель и определить его сопротивление?

Асинхронный электродвигатель, как правило, имеет три обмотки. У каждой обмотки есть по два вывода, которые должны быть обозначены в клеммной коробке двигателя. Если выводы обмоток известны, то можно легко прозвонить каждую из них и сравнить величину сопротивления с остальными обмотками. Если величины сопротивлений отличаются не более, чем на 1%, то скорее всего, обмотки исправны.

Сопротивление обмоток электродвигателя измеряется с помощью омметра, как и сопротивление обмоток трансформатора. Чем больше мощность двигателя, тем меньше сопротивление его обмоток, и наоборот.

4. Как определить мощность электродвигателя?

Проще всего определить номинальную мощность электродвигателя по шильдику. На нем указана механическая мощность (мощность на валу), значение которой всегда меньше потребляемой мощности за счет потерь на трение и нагрев. Однако, если шильдик на корпусе двигателя отсутствует, можно очень приблизительно оценить характеристики привода по его габаритам. При одинаковой мощности двигатель с бо́льшим диаметром вала будет иметь более высокую мощность на валу и меньшую частоту оборотов.

Также мощность можно определить по нагрузке и по настройкам защитных устройств, через которые питается двигатель (мотор-автомат, тепловое реле).

Еще один способ – включаем двигатель на номинальную мощность, обеспечив нужную нагрузку на валу. После этого измеряем токоизмерительными клещами ток, который должен быть одинаков по всем обмоткам. Для приблизительной оценки мощности асинхронного двигателя, подключенного по схеме «звезда», нужно разделить номинальный измеренный ток на 2.

5. Как увеличить или уменьшить обороты электродвигателя?

Управление скоростью вращения двигателя необходимо в трех режимах работы – при разгоне, торможении, и в рабочем режиме.

Наиболее универсальный способ управления оборотами — использование частотного преобразователя. Настройками ПЧ можно добиться любой частоты вращения в пределах технической возможности. При этом можно управлять и другими параметрами электродвигателя, а также следить за его состоянием во время работы. Частоту можно менять и плавно, и ступенчато.

Управление оборотами двигателя в режиме разгона и торможения возможно при использовании УПП. Это устройство позволяет значительно снизить пусковой ток за счет плавного разгона с медленным увеличением оборотов.

6. Как рассчитать ток и мощность электродвигателя?

Бывает так, что известен ток асинхронного двигателя (по измерениям в номинальном режиме или по шильдику), но неизвестна его мощность. Как в таком случае рассчитать мощность? Обычно используют следующую формулу:

Р = I (1,73·U·cosφ·η)

где: Р – номинальная полезная мощность на валу двигателя в Вт (указывается на шильдике), I – ток двигателя, А, U – напряжение питания обмоток (380 В при подключении в «звезду», 220 В при подключении в «треугольник»), cosφ, η – коэффициенты мощности и полезного действия для учета потерь (обычно 0,7…0,8).

Для расчета тока по известной мощности пользуются обратной формулой:

I = P/(1,73·U·cosφ·η)

Для двигателей мощностью 1,5 кВт и более, обмотки которых подключены в «звезду» (это подключение используется чаще всего), существует простое эмпирическое правило – чтобы приблизительно оценить ток двигателя, нужно умножить его мощность на 2.

7. Как увеличить мощность электродвигателя?

Номинальная мощность на валу, которая указывается на шильдике двигателя, обычно ограничивается допустимым током, а значит – нагревом корпуса привода. Поэтому при увеличении мощности необходимо предпринять дополнительные меры по охлаждению электродвигателя, установив отдельный вентилятор.

При использовании преобразователя частоты для повышения мощности можно изменить несущую частоту ШИМ, однако следует избегать перегрева ПЧ. Мощность также можно увеличить с помощью редуктора или ременной передачи, пожертвовав количеством оборотов, если это допустимо.

Если приведенные советы неприменимы – придётся менять двигатель на более мощный.

8. Каковы потери мощности при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети (380 на 220)?

При таком подключении используются пусковой и рабочий фазосдвигающие конденсаторы. Номинальную мощность на валу в данном случае получить не удастся, и потери мощности составят 20-30% от номинала. Это происходит из-за невозможности обеспечить отсутствие перекоса по фазам при изменении нагрузки.

9. Какие исполнения двигателей бывают?

В зависимости от исполнения электродвигатели классифицируются по способу монтажа, классу защиты, климатическому исполнению. Существует два основных способа монтажа асинхронных электродвигателей – на лапах и через фланец. Оба варианта исполнения в различных комбинациях показаны в таблице ниже.

Виды климатического исполнения предполагают использование двигателя в определенных климатических зонах: умеренный климат (У), холодный климат (ХЛ), умеренно-холодный климат (УХЛ), тропический климат (Т), общеклиматическое исполнение (О), общеклиматическое морское исполнение (ОМ), всеклиматическое исполнение (В). Также различают категории размещения (на открытом воздухе, под навесом или в помещении и т.д.).

Класс защиты обозначает характер защиты двигателя от попадания пыли и влаги. Наиболее часто встречаются приводы с классами IP55 и IP55.

10. Зачем электродвигателю тормоз?

В некоторых устройствах (лифтах, электроталях, лебедках) при остановке двигателя необходимо зафиксировать его вал в неподвижном состоянии. Для этого применяют электромагнитный механический тормоз, который входит в конструкцию двигателя и располагается в его задней части. Управление тормозом осуществляется с помощью частотного преобразователя или схемы на контакторах.

11. Как двигатель обозначается на электрических схемах?

Электродвигатель обозначается на схемах с помощью буквы «М», вписанной в круг. Также на схемах могут быть указаны порядковый номер двигателя, количество фаз (1 или 3), род тока (переменный или постоянный), способ включения обмоток ( «звезда» или «треугольник»), мощность. Примеры обозначений показаны ниже.

12. Почему греется электродвигатель?

Двигатель может нагреваться по одной из следующих причин:

износ подшипников и повышенное механическое трение
увеличение нагрузки на валу
перекос напряжения питания
пропадание фазы
замыкание в обмотке
проблема с обдувом (охлаждением)

Нагрев двигателя резко снижает его ресурс и КПД, а также может приводить к поломке привода.

13. Типичные неисправности электродвигателей

Выделяют два вида неисправностей электродвигателей: электрические и механические.

К электрическим относятся неисправности, связанные с обмоткой:

межвитковое замыкание
замыкание обмотки на корпус
обрыв обмотки

Для устранения этих неисправностей требуется перемотка двигателя.

Механические неисправности:

износ и трение в подшипниках
проворачивание ротора на валу
повреждение корпуса двигателя
проворачивание или повреждение крыльчатки обдува

Замена подшипников должна производиться регулярно с учетом их износа и срока службы. Крыльчатка также меняется в случае повреждения. Остальные неисправности устранению практически не подлежат, и единственный выход — замена двигателя.

Если у вас есть вопросы, ответы на которые вы не нашли в данной статье, напишите нам. Будем рады помочь!

Другие полезные материалы:Выбор электродвигателяИспользование тормозных резисторов с преобразователями частоты

tehprivod.su

Расчёт мощности электродвигателя упрощенного электропривода лебёдки

Рассмотрим расчёт по выборумощности электродвигателя на примере упрощенного электропривода лебёдки, состоящего из электродвигателя , М одноступенчатого редуктора Р и грузового барабана Б (рис. 1.3).

Рис. 1.4. Кинематическая схема электропривода лебёдки: М – электродвигатель, Р – редуктор, Б – грузовой барабан

Пусть предварительно заданы параметры механизма и передачи:

статический момент (сопротивления) механизма – М;

коэффициент полезного действия передачи – η;

передаточное число – ί.

При работе подьёмника основная часть мощности от двигателя предаётся на грузовой барабан, но её незначительная часть теряется на трение в редукторе и преодоление сил инерции во всех устройствах электропривода.

Мощность на валу электродвигателя

Р= ωМ (2-3)

Мощность на валу механизма

Р= ω (2-4)

Мощности Р и Рсвязаны через коэффициент полезного действия передачи:

η = (2-5)

Подставим в формулу (2-5) правые части формул ( 2-3 ) и ( 2-4 ):

η = (2-6)

Из выражения (2-6) найдем статический момент (момент сопротивления) механизма (2-7), это тот же статический момент (момент сопротитвления) механизма, но приведенный к скорости вращения вала электродвигателя –

= =,(2-7),

где: ί = – передаточное число передачи (редуктора).

Таким образом статический момент механизма – М,учитывая кпд – η передачи и передаточное число редуктора – ί, привели к скорости вращения вала двигателя и получили приведенный к скорости вала двигателя момент .

Для подьёма груза электродвигатель должен развивать на валу момент – М равный по величине – .

Если между двигателем и механизмом имеется несколько передач с передаточными числами ,,….,и соответствующими КПД ,,...,, то статический момент (момент сопротивления) , приведенный к скорости вала двигателя, определяется формулой (2-8)

(2-8)

Анализ формулы приведенного момента

Для обеспечения нормальной работы лебёдки момент – М на валу электродвигателя должен быть тем больше, чем больше статический момент (сопротивления) механизма – М и чем меньше к.п.д. – η и передаточное число – ί передачи (с уменьшением скорости двигателя , передаточное число –ί уменьшается).

По моменту – М* по (формуле 2-3) определяем необходимую мощность двигателя и выбираем двигатель по каталогу.

Приведение моментов инерции к одной оси вращения

Часть мощности двигателя теряется на преодоление суммарного приведенного момента инерции во всех устройствах электропривода.

Приведение всех моментов инерции электропривода к одной оси вращения основано на том, что суммарный запас кинетической энергии движущихся частей электропривода, отнесённых к одной оси, остаётся неизменным (постоянным).

Из курса механики известно, что кинетическая энергия – при вращательном движении пропорциональна моменту инерции –и угловой скорости –ω

. (2-10)

Если в электроприводе имеются вращающиеся части с моментами инерции – ,,,и угловыми скоростями –ωдв, ω1 ,ω2, ωn, то их динамическое действие можно заменить действием одного эквивалентного, суммарного момента инерции – , приведенного к скорости вращения вала двигателя

. (2-11)

Из (2-11) найдём эквивалентный суммарный момент инерции – ,приведенный к скорости вращения вал двигателя

(2-12)

Где – суммарный момент инрции ротора двигателя и других вращающихся элементов (муфты, шестерни и т.п.), установленных на валу двигателя.

studfiles.net

Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя

Схема привода

1. Электродвигатель.

2. Муфта.

3. Одноступенчатый цилиндрический редуктор.

4. Привод ленточного конвейера.

Рисунок 1.1-Схема привода

Задачи кинематического расчета

- подобрать электродвигатель по номинальной мощности и частоте вращения ведущего вала;

- определить общее передаточное число привода и его ступеней;

- определить мощность – Р, частоту вращения – n, угловую скорость - и вращающий момент – Т на каждом валу.

1.3Данные для расчета

1. Мощность на рабочем валу Ртреб.=5;

2. Частота вращения рабочего вала nобщ..=150мин-1

Условия расчета

Для устойчивой работы привода необходимо соблюдение условий: номинальная (расчетная) мощность электродвигателя должна быть меньше или равна мощности стандартного электродвигателя.

Pтреб ≤ Pвых (1.1)

Допускаемое отклонение:

Ртреб Рдв на 5 % (1.2)

Ртреб Рдв до 10% (1.3)

Расчет привода

Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. От его мощности и частоты вращения вала зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машин и его привода.

Определяем общий коэффициент полезного действия привода

= (1.4)

где = 0,99-КПД пары подшипников;

=0,95-КПД клиноременной передачи;

=0,96-КПД открытой зубчатой передачи.

=0,96*0,99*0,95*0,99=0,894

1.5.2 Определяем требуемую (номинальную) мощность двигателя Ртреб

Ртреб.= (1.5)

где Р - мощность на ведомом валу двигателя, кВт;

- общий КПД привода.

Ртреб.=5/0,894=5,5 кВт

Для расчета выбираем синхронный двигатель серии 4АМ с номинальной мощностью Рдв= 5,5 кВт. Выбран двигатель:

4АМ112М4У3 с номинальной частотой вращения nдв=1445 мин -1.

Определение передаточного числа привода и его составляющих

Передаточное число привода определяется отношением номинальной частоты вращения двигателя к частоте вращения приводного вала рабочей машины и равно произведению передаточных чисел редуктора и открытой зубчатой передачи.

U =nном/nвых (1.6)

1445/150=9,633 мин -1

Значение передаточного числа цилиндрического редуктора выбираем из номинального ряда передаточных чисел предусмотренных ГОСТ 2185 – 66

Принимаем значение передаточного числа редуктора Uред=2,41

Зная Uред вычисляем передаточное число открытой зубчатой передачи.

Uозп= U/ Uр.п. (1.7)

9,633 /4=2,41

Определение силовых и кинематических параметров привода

Силовые (мощность и вращающий момент) и кинематические (частота вращения и угловая скорость) параметры привода рассчитывают на валах исходя из требуемой (расчетной) мощности двигателя Рдвиг. и его требуемой частоты вращения nтреб.

Определяем мощность на каждом валу привода:

Р1= Рдвиг (1.8)

Р1= 5,5 кВт

Р = Р1∙η рем.п. ∙ηп.п (1.9)

Р =5,5 ∙0,95∙0,99=5,2 кВт

Р3= Р2 ∙ηз.з.п. ∙ ηп.п (1.10)

Р3= 5,2 ∙0,96∙0,99=5 кВт

Определяем частоту вращения каждого вала:

n1= nдвиг (1.11)

n1=.1445мин-1

n2 = n1/Uр.п. (1.12)

n2 =

n3 = n2/Uозп. (1.13)

Определяем угловые скорости каждого вала:

ω1= (1.14)

ω1=

ω2= (1.15)

ω2=

ω3 = (1.16)

ω3 = с-1

Определяем вращающие моменты на каждом валу:

Т (1.17)

Т (1.18)

Т (1.19)

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.1

Таблица 1.1-Силовые и кинематические параметры привода

Вал	Мощность Р, кВт	Частота вращения	Угловая скорость	Вращающий момент Т, Нм
	5,5		151,243	36,4
	5,2	361,3
				312,5

Заключение: Анализ силовых и кинематических расчетных параметров, приведенных в таблице 1.1 показывает, что проектируемый привод обеспечивает значение заданных выходных параметров, Рвых. и nвых. соответствующих техническому заданию.

Расчет закрытой прямозубой цилиндрической передачи

Схема передачи

1. Шестерня.

2. Колесо

Рисунок 2.1-Схема передачи

Задачи расчета

- выбор материалов и вида термообработки зубчатых колес передачи;

- определение геометрических параметров передачи;

- определение сил в зацеплении;

- выполнение проверочного расчета по критериям работоспособности.

Данные для расчета

Исходными данными для расчета являются силовые и кинематические параметры передачи, приведенные в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Силовые и кинематические параметры редуктора

Вал	Мощность Р, кВт	Частота вращения	Угловая скорость	Вращающий момент Т, Нм
	5,2	361,3
				312,5

Условия расчета

Надежная работа закрытой зубчатой передачи обеспечена при соблюдении условий прочности по контактным напряжениям и напряжениям изгиба.

, (2.1)

где и - соответственно расчетные контактные и изгибные напряжений проектируемой передачи;

и - соответственно допускаемые контактное и изгибное напряжения материалов колес.

Допускаемая недогрузка передачи - не более 10% и перегрузка

до 5%. (2.2)

(2.3)

Расчет зубчатой передачи

В условиях индивидуального и мелкосерийного производства, предусмотренного техническими заданиями на курсовое проектирование, в мало- и средненагруженных передачах, а также в открытых передачах применяют зубчатые колеса с твердостью стали 350 НВ. При этом обеспечивается чистовое нарезание зубьев после термообработки, высокая точность изготовления и хорошая прирабатываемость зубьев.