ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ
ЭЛЕКТРОПРИВОД НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ
13.1. Общие сведения
Электроприводом называют электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочих органов машины или исполнительного механизма. Электрическая часть привода состоит из электродвигателя, преобразующего электрическую энергию в механическую, и электроаппаратуры, служащей для управления электродвигателем. Вращающий момент, создаваемый на валу электродвигателя, передается через него и рабочие органы машины на вал машины с помощью муфт сцепления, шестерен, редукторов, цепей, ремней, называемых передачей и представляющих собой механическую часть электропривода.
По структуре схемы передачи энергии от электросети к рабочим органам машин различают три основных типа электропривода: групповой, одиночный и многодвигательный (рис. 13.1).
Групповым называют электропривод, у которого от одного электродвигателя с помощью трансмиссии приводится в действие несколько (группа) рабочих машин (рис. 13.1, а). Этот тип привода в настоящее время почти не применяется ввиду присущих ему недостатков: тяжелые и громоздкие механические трансмиссии с большим числом узлов трения, подвергающихся износу и вызывающих потери энергии, одновременное прекращение работы всей группы рабочих машин при повреждениях в электрической части привода и др.
Одиночный привод, наиболее распространенный, применяется для приведения в действие электродвигателем одной какой-либо рабочей машины: конвейера (транспортера), насоса, компрессора и др. (рис. 13.1, б). При применении одиночного привода можно выбрать для рабочей машины электродвигатель, соответствующий требованиям различных производственных процессов. В известных случаях необходимы электродвигатели со строго постоянной скоростью вращения, в других — требуется автоматическое снижение скорости вращения электродвигателя при увеличении нагрузки на валу рабочей машины (тяговые устройства, буровые установки). Некоторые установки не требуют регулирования скорости или изменения направления вращения (центробежные насосы, компрессоры), другие наоборот, нуждаются в этом (крановые установки).
В сложных машинах, при наличии в них большого числа рабочих органов, приведение всех рабочих органов от одного электродвигателя либо неосуществимо, либо связано с большими потерями энергии в механической передаче. В этих случаях применяется многодвигательный привод, при котором каждый отдельный рабочий орган машины приводится в действие самостоятельным электродвигателем.
Примером многодвигательного привода может служить экскаватор ЭКГ-4 (рис. 13.1, в), имеющий четыре электродвигателя: первый для подъема груза, второй — для напора на грунт, третий — для поворота и четвертый для передвижения. Имеются экскаваторы и с одиночным приводом, в которых все перечисленные операции производятся от одного электродвигателя при помощи механических передач.
Многодвигательный привод позволяет выбрать электродвигатель для каждого рабочего органа машины с необходимыми механически ми характеристиками. При этом создаются наиболее благоприятные условия для автоматизации производственных процессов.
Рис. 13.1. Виды электроприводов: а — групповой; б — одиночный; в — многодвигательный; 1 — электродвигатель; 2 — механическая передача; 3 — рабочая машина; 4 — трансформатор; 5 — распределительное устройство; 6 — приводной механизм; 7 — преобразовательный агрегат
Управление электродвигателями — пуск, остановка, регулирование скорости, изменение направления вращения (реверс), торможение и прочее — в известных условиях может быть полностью автоматизировано. Более часто применяется полуавтоматический привод, когда часть операций по управлению выполняется вручную, а часть автоматически. Применяется также полностью ручное управление электроприводом.
Электродвигатели характеризуются номинальными данными, к числу которых относятся следующие величины: номинальные мощность, напряжение, скорость вращения, коэффициент полезного действия, коэффициент мощности и др. Номинальные данные приводятся в заводских щитках электрических машин и соответствуют номинальному режиму их работы.
Номинальным режимом работы электрической машины называют такой режим ее работы, который рассчитан для данной машины заводом-изготовителем.
При номинальном режиме обеспечивается нормальная работа электродвигателя и допустимая температура его нагрева.
Номинальной мощностью электродвигателя называют полезную механическую мощность на валу, которая выражается в ваттах или киловаттах. Фактическая мощность, развиваемая электродвигателем в какой-либо момент времени, называется нагрузкой электродвигателя.
Шкала номинальных мощностей электродвигателей различного исполнения и назначения установлена Государственными общесоюзными стандартами (ГОСТ). В соответствии с ГОСТом, например, для трехфазных асинхронных электродвигателей общего применения защищенного и закрытого обдуваемого исполнения серий А2 и АО2, имеющих широкое распространение, предусмотрена следующая шкала номинальных мощностей: 0,6; 0,8; 1,1; 1,5; 2,5; 3; 4; 5,5; 7,5; 10; 13; 17; 22; 30; 40; 55; 75 и 100 кВт.
Номинальные напряжения, на которые выпускают электродвигатели общего применения переменного трехфазного тока — 220, 380, 500, 3000 и 6000 В, постоянного тока— 110, 220 и 440 В.
Номинальный момент вращения Мн электродвигателя развивается на его валу при номинальной мощности и номинальной скорости вращения.
Номинальным коэффициентом полезного действия электродвигателя называют отношение номинальной мощности на его валу к мощности, потребляемой из электрической сети при номинальном режиме. Мощность на валу электродвигателя Р всегда меньше мощности, потребляемой из сети Рэ, на величину потерь энергии. Эти потери складываются из потерь энергии на нагревание проводников обмоток статора и ротора (потерь в меди), протекающих через них электрическим током; из потерь в стали, возникающих за счет перемагничивания и вихревых токов, а также из механических потерь на трение. Коэффициент полезного действия электродвигателя изменяется в зависимости от его нагрузки; от нуля при холостом ходе до максимального значения, обычно соответствующей ее номинальному значению. Все потери энергии в электродвигателе превращаются в тепло, нагревающее его.
По условиям нагрева электродвигателей различают три основных режима их работы: длительный, кратковременный и повторно-кратковременный.
Длительным режимом работы называют режим, при котором все части электродвигателя за время работы достигают установившейся температуры. В начале нагрева электродвигателя (после включения его в работу) лишь часть тепла, выделяющегося в нем за счет потерь электроэнергии, отдается в окружающую среду. Остальная часть аккумулируется (запасается) внутри электродвигателя и вызывает повышение его температуры. С ростом температуры увеличивается отдача тепла в окружающую среду. Увеличение температуры прекращается, когда достигнута установившаяся температура, а это наступает, когда все выделяющееся в двигателе тепло отдается окружающей среде.
Рис. 13.2. Режимы работы электродвигателей:
а — продолжительный; б - кратковременный; в — повторно-кратковременный
Примером длительного режима работы может служить режим работы электродвигателей центробежных насосов, вентиляторов, компрессоров и конвейеров (транспортеров).
Кратковременным режимом работы называют режим, при котором длительность рабочего периода недостаточна для того, чтобы температура электродвигателя достигла установившегося значения. Последующая затем остановка (пауза) электродвигателя настолько продолжительна, что он успевает охладиться до температуры окружающей среды. На щитках электродвигателя, предназначенного для работы в таком режиме, указывается, на какую стандартную длительность рабочего периода данная машина рассчитана. В кратковременном режиме работает, например, электродвигатель механизма подъема стрелы одноковшового экскаватора.
Повторно - кратковременным режимом работы называют режим, при котором за время рабочего периода электродвигатель не успевает достигнуть установившейся температуры, а за время последующей паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Повторнократковременный режим характеризуется величиной относительной продолжительности включения (ПВ), под которой понимается отношение времени работы к общей продолжительности всего цикла, включающего кроме времени работы также и паузу: где tц — продолжительность цикла;
(13.1)
tр — продолжительность рабочего периода;
t0 — продолжительность паузы.
В СССР установлены следующие стандартные значения относительной продолжительности включения (ПВ): 15, 25,40 и 60%, причем ПВ, равная 25%, принимается за номинальную. Продолжительность одного цикла не должна превышать 10 мин. Если продолжительность цикла превышает 10 мин, то режим работы электродвигателя считается длительным.
Повторно-кратковременный режим работы весьма распространен для электропривода строительных машин, в таком режиме работают одноковшовые экскаваторы, различные краны, подъемники и другие машины.
На рис. 13.2 приведены графики работы электродвигателей в различных режимах.
Теряемая в электродвигателе энергия идет на нагрев его частей. С момента пуска электродвигателя температура нагрева постепенно повышается и достигает установившегося состояния, когда количество тепла, выделяемое электродвигателем в единицу времени, в тот же промежуток времени отдается в окружающую среду.
Допустимая нагрузка электродвигателей определяется нагревом его обмоток, нормы нагрева которых зависят от рода изоляции. Изоляционные материалы, применяемые в электромашиностроении, разделяются по теплостойкости на следующие классы*.
Класс ν: непропитанные волокнистые материалы из целлюлозы и шелка.
Класс А: пропитанные волокнистые материалы из целлюлозы и шелка.
Класс В: материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами.
Класс Е: синтетические органические пленки.
Класс F: материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающи ми составами.
Класс Н: материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремний-органическими связующими и пропитывающими составами.
Класс С: слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связующих составов.
Наибольшая допустимая температура нагрева для изоляции класса А — 105; класса В — 130; класса F — 155; класса Н — 180; класса С — больше 180° С.
