Лекция №3 Пуск и ход электропривода кузнечно-прессовых машин

Теоретические вопросы:

3.1 Общая характеристика пускового режима

3.2 Пуск в ход электропривода с короткозамкнутым двигателем

3.3 Учет изменения мощности электродвигателя при различных режимах работы

3.4 Учет нагрева двигателя за время пуска и ход

3.1 Общая характеристика пускового режима

К наиболее распространенным кузнечно-штамповочному оборудованию принадлежат различных конструкций механические пресса с маховиковым приводом.

Пуск в ход маховикового электропривода относится к числу тяжелых, так как двигателю приходится развертывать значительные инерционные массы при наличии еще некоторого момента трения механизма. Тяжелые условия пуска требуют обеспечить:

1) достаточно высокий начальный момент и

2) возможность ускоренного, форсированного пуска электропривода для сокращения общей продолжительности его и понижения нагрева двигателя.

Для характеристики инерционных масс маховикового электропривода используют следующий показатель:

, (3.1)

где A₁ – запас кинетической энергии при полной скорости вращения, кГм;

P_H – номинальная мощность приводного двигателя, кВт.

Время пуска электропривода в ход проверяют по следующей формуле

(3.2)

если принять приближенно, что избыточный момент, действующий во время разгона электропривода, сохраняет постоянную величину и равен для двигателя с контактными кольцами и пусковым реостатом

(3.3)

а для двигателя с короткозамкнутым ротором

, (3.4)

где _k - кратность опрокидывающего момента; _n - кратность начального или пускового момента двигателя; число 0,2 в формуле показывает, что момент сопротивления механизма принят 20% от номинального момента двигателя.

У кривошипных прессов с асинхронным короткозамкнутым двигателем по условиям нагрева не рекомендуется превышать следующих ориентировочных величин продолжительности пуска:

При мощности двигателя	до 10 кВт	10 сек
При мощности двигателя	14-28 кВт	15 сек
При мощности двигателя	40-55 кВт	20 сек

Широкое распространение в приводе кузнечно-прессовых машин получили асинхронные короткозамкнутые двигатели, чему способствовали их простота конструкции, низкая стоимость и повышенная надежность двигателей.

3.2 Пуск в ход электропривода с короткозамкнутым двигателем

При выборе пуска в ход электропривода прессов с короткозамкнутым двигателем приходится учитывать два по существу противоположных требования: уменьшение толчка пускового тока и увеличение пускового момента в связи с тяжелыми условиями пуска.

При пуске в ход электродвигателя с короткозамкнутым ротором он потребляет пусковой ток I_n, превышающий номинальный I_H в 4-8 раз. Толчок пускового тока вызывает в сети, к которой подсоединен электродвигатель, понижение напряжения. Обычно это понижение невелико, но при пуске двигателя большой мощности, понижение напряжения может быть весьма значительным.

Крутящий момент асинхронного двигателя при данной скорости вращения пропорционален квадрату напряжения сети. Если при пуске электродвигателя большой мощности напряжение сети уменьшается, то уменьшится его пусковой момент, а другие электродвигатели, работающие в это время с перегрузкой, могут остановится.

Поэтому, пуск асинхронного двигателя без применения средств, ограничивающих пусковой ток, допускается в том случае, если номинальная мощность двигателя не превышает 25% мощности трансформаторов, питающих сеть цеха. В том случае, когда к той же сети присоединены лампы накаливания и электродвигатель запускается часто, его мощность понижается до 5% мощности трансформаторов, питающих сеть.

На практике встречаются следующие способы пуска в ход таких электроприводов:

а) непосредственный – прямым включением двигателя в сеть; такой пуск сопряжен с большими толчками тока;

б) через пусковой автотрансформатор;

в) переключением от звезды (во время пуска) на треугольник (в конце пуска и при нормальной работе);

г) с добавочными сопротивлениями в цепи статора, закорачиваемыми после окончания пуска.

Для привода крупных прессов иногда также применяют двухскоростные короткозамкнутые двигатели, позволяющие производить пуск двигателя сперва на малой скорости с последующим переключением на более высокую, нормальную скорость.

3.3 Учет изменения мощности электродвигателя при различных режимах работы

Переходные режимы электроприводов имеют место при разгоне, торможении, реверсе двигателей, изменении скорости и механической нагрузки. Расчет переходных режимов заключается в определении длительности процесса, закона изменения скорости, пройденного пути и вычислении потери энергии. Длительность переходного режима является составной частью длительности цикла работы кузнечно-штамповочной машины, и следовательно, сокращение длительности переходных процессов приводит к увеличению производительности устройства.

При переходных режимах в электроприводах одновременно имеют место переходные процессы механического, электромагнитного и теплового характера, причем эти процессы взаимно связаны. Однако переходные тепловые процессы совершаются весьма медленно, электромагнитные происходят очень быстро, тепловые совершаются весьма медленно, в связи с чем при расчетах выделяют следующие два основных режима работы.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуется короткими периодами нагрузки, в течение которых электродвигатель не успевает нагреться, до установившегося перегрева. Периоды нагрузки разделяются крактовременными паузами, в течение которых графиками, представленными на рис. 3.

Рис. 3. Изменение нагрузки и скорости вращения электродвигателя

Режим повторно-кратковременной нагрузки является характерным для приводов кузнечно-прессовых машин, работающих одиночными ходами и не имеющих маховика.

У вспомогательных приводов кузнечно-штамповочных машин также встречается кратковременный режим работы.

Он характеризуется нагрузкой в течение малого промежутка времени, недостаточного для достижения электродвигателем установившегося перегрева. При этом периоды нагрузки чередуются с одинаковыми или неодинаковыми периодами полной остановки электродвигателя, достаточными для его полного охлаждения к началу каждого рабочего периода.

Этот режим характеризуется графиками, показанными на рис. 4.

Рис. 4. График кратковременного режима работы

Режим кратковременной нагрузки встречается у приводов управления муфтой, поворота стола, перемещения прижима и т.п. Продолжительность работы приводов такого рода обычно так мала, что за время работы при перегрузке в допустимых пределах электродвигатель не успевает нагреться даже до нормального перегрева. Номинальная мощность электродвигателя в данном случае определяется только условиями перегрузки.

Момент сопротивления при работе вспомогательных приводов создается в основном силами трения, в связи с чем эти приводы требуют значительного пускового момента. Двигатель должен иметь пусковой момент, превышающий момент сопротивления неподвижного механизма.

3.4 Учет нагрева двигателя за время пуска и ход

Поскольку пуск двигателя в ход происходит при повышенном моменте двигателя и сопровождается повышенным током, двигатель за время пуска подвергается увеличенному нагреву. Нагрев электрических машин обуславливается потерями в них, так как все потери энергии в электродвигателе превращаются в тепло, что и вызывает нагрев машины.

Отсюда понятно, что в последующий период работы нагрузка двигателя должна быть несколько снижена против номинальной, для того чтобы сохранить нагрев двигателя на расчетном, т.е. номинальном уровне.

Необходимая степень снижения нагрузки, требующегося только при частых пусках, может быть определена лишь путем сложного расчета, учитывающего различный характер нагрева меди и стали двигателя, неодинаковую интенсивность охлаждения во время пуска и во время работы и прочие факторы, нуждающиеся в экспериментальном исследовании.

При выполнении такого расчета следует помнить, что наиболее чувствительной к нагреванию частью является изоляция обмоток двигателя. С увеличением температуры изоляции обмоток двигателя сокращается срок ее службы, она теряет механическую прочность и становится хрупкой, что может стать причиной замыкания обмоток и значительного сокращения срока службы.

Срок службы изоляции может быть приближенно определен по формуле

, (3.5)

где L – срок службы изоляции;

K и  – постоянные коэффициенты для данного типа изоляции;

- температура изоляции.

Вопросы для самоподготовки

• Общая характеристика пускового режима

• Пуск в ход электропривода с короткозамкнутым двигателем

• Учет изменения мощности электродвигателя при различных режимах работы

• Учет нагрева двигателя за время пуска и ход