metodichka_chast_1 (А. П. Маругин ПРИВОД ГОРНЫХ МАШИН Часть 1)

А. П. Маругин

ПРИВОД ГОРНЫХ МАШИН

Часть 1

Методические указания и расчетные задания

для студентов очного и заочного факультетов специальности 140604 -

«Горные машины и оборудование» (ГМК)

направления 150400 – «Технологические машины и оборудование>

Екатеринбург

2012

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

Уральский государственный горный университет

ОДОБРЕНО

Методической комиссией

горномеханического факультета

«___» ____________ 2012 г.

Председатель комиссии

__________ проф. В.П. Барановский

ПРИВОД ГОРНЫХ МАШИН

Часть 1

Методические указания и расчетные задания

для студентов очного и заочного факультетов специальности 150404 -

«Горные машины и оборудование» (ГМК)

направления 150400 – «Технологические машины и оборудование»

Издание УГГУ Екатеринбург, 2012

М 25

Рецензент: И. А.Бёрдов, канд.техн.наук, доцент кафедры

ЭГП УГГУ.

Методические указания рассмотрены на заседании кафедры Электрификации горных предприятий «___»____________ 2012 года (протокол № ___) и рекомендованы для издания в УГГУ.

Маругин А.П.

ПРИВОД ГОРНЫХ МАШИН. Часть1: методические указания и расчетные задания для студентов очного и заочного факультетов специальности 150404 – «Технологические машины и оборудование» / А.П. Маругин. – Екатеринбург: Изд- во УГГУ, 2012 г., с.

Методические указания по дисциплине «Привод горных машин» составлены в соответствии с программой и включают справочные материалы к расчетным заданиям по разделам: «Механика электропривода», «Механические характеристики электроприводов» и «Регулирование угловой скорости электроприводов».

Расчетные задания предназначены для развития у студентов специальности навыков самостоятельно решать сложные технические вопросы, работать с технической литературой.

© Маругин А.П., 2012

© Уральский государственный

горный университет, 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие………………………………………………………………….....6

Глава 1 ЭЛЕКТРОПРИВОД И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ МАШИН И УСТАНОВОК……………………………………………………………………8

1. Основы механики электропривода………………………………………..8

1.1 Уравнение движения электропривода……………………………….8

1.2 Механические характеристики рабочих машин………………….…9

1.3 Приведение моментов сопротивления и инерции……………...….10

1.4 Понятие о кинематике электропривода……………………….…....12

2. Механические характеристики электродвигателей……………….…..12

2.1 Параметры электродвигателей…………………………………...…12

3. Электромеханические свойства двигателей постоянного тока………14

3.1 Механические характеристики двигателей постоянного тока……14

3.2 Пуск и торможение………………………...……………………....17

3.3 Расчет пускового реостата…………………………………………..18

3.4 Электрическое торможение двигателей постоянного тока……….19

3.5 Расчет сопротивлений тормозного реостата……………………….21

3.6 Электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения…………………………………………………………………….22

3.7 Расчетные задания…………………………………………………...25

4. Электромеханические свойства асинхронных электродвигателей…..28

4.1 Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором…..28

4.2 Асинхронный двигатель с фазным ротором…………………….….31

4.3 Пуск и торможение асинхронных электродвигателей……………..33

4.4 Тормозные режимы асинхронных электродвигателей……………..37

5. Электромеханические свойства синхронных электродвигателей…....40

6. Конструктивное исполнение и условные обозначения электродвигателей……………………………………………………...…...…43

Приложение…………………………………………………………………..…53

Предисловие

В настоящее время в мире производиться около 30 триллионов кВт/час электроэнергии, которая широко применяется для привода машин и механизмов, выполняющих определенные технологические процессы, для освещения, сигнализации, связи и других целей.

Электроэнергия позволяет резко увеличить культуру и производительность труда, в силу своих преимуществ: низкая стоимость производства и транспортировки, возможность преобразования в другие виды энергии, относительная простота электрооборудования.

История развития электрификации неразрывно связана со стремлением использовать электродвигатель для привода машин. Первый в мире электропривод был создан в 1838 г. академиком Якоби В.С., применившим электродвигатель для вращения винта катера. Двигатель питался от батарей. Широкое применение электропривода в промышленности началось после изобретения Доливо - Добровольским системы трехфазного тока и асинхронного трехфазного электродвигателя в 1889 – 1891 годах.

Электропривод – это соединение воедино электродвигателя, аппаратуры управления, передаточного устройства.

Электропривод машин прошел определенный путь развития. Для первых установок характерно применение группового трансмиссионного привода, когда вместо теплового двигателя ставили электродвигатели большой мощности. Постепенно электропривод совершенствовался и групповой, один двигатель на группу машин, заменили одиночным – индивидуальный двигатель на машину. В настоящее время на машинах используется многодвигательный привод, при котором один механизм имеет несколько двигателей. При многодвигательном приводе сокращается число трансмиссионных передач, а следовательно, увеличивается надежность и КПД машины, упрощается процесс управления машиной. При этом появляются условия для создания автоматизированных электроприводов поточных линий.

Электропривод и рабочая машина представляют собой единую электромеханическую систему, движение которой подчинено общим для них законам динамики. Для горных машин характерен переменный режим работы, когда скорость движения ее и рабочих органов изменяется. Основными технологическими причинами изменения скорости является пуск, торможение, реверсирование, сброс и изменение нагрузки.

Особое значение вопросы динамики приобретают для электроприводов, работающих в ″напряженном″ режиме с частыми пусками. Производительность машины непосредственно зависит от рабочих характеристик привода.

Преимущества электропривода, определяющие его широкое применение: высокая надежность, высокая управляемость, возможность изменения механических характеристик, возможность применения одиночного и многодвигательного приводов, высокий КПД, большой пусковой момент, большая перегрузочная способность, возможность дистанционного и автоматического управления, удобство передачи энергии к узлам машин и механизмов, малые габариты, вес, простота конструкции.

Глава 1 ЭЛЕКТРОПРИВОД И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ МАШИН И УСТАНОВОК

1. Основы механики электропривода

1.1 Уравнение движения электропривода

Поступательное движение тела с массой m, со скоростью  описывается управлением:

где F – движущая сила, F_с – сила сопротивления движению,

– динамическая сила, обусловленная массой и изменением скорости движения во времени,

– изменение скорости движения.

Вращательное движение тела описывается уравнением, в котором силы F и F_с заменяются моментом М и М_с, а масса моментом инерции I:

Момент инерции I определяется уравнением:

где m – масса всего тела, ρ - радиус инерции.

Радиус инерции – это такое расстояние от центра тяжести тела на котором предполагается сосредоточенной вся масса. Для двигателей и рабочих машин I приводиться в справочниках. Величина и знак определяет значение и направление действия момента М и М_с. Момент электродвигателя М положительный, если он развивает движущийся момент и отрицательный, когда работает в режиме электрического тормоза.

Статические моменты в отношении сопротивлению движения делят на реактивные и активные. Реактивные всегда препятствуют движению (моменты трения, резания горных пород и т.д.). К активным относят моменты от силы тяжести, кручения, сжатия – например – подъемные установки. Активные моменты могут быть тормозящими и движущими. Уравнение движения в общем виде имеет вид:

В системе СИ приведенные величины имеют размерность: момент – Ньютон на метр (Нм) или Джоуль (Дж), сила – Ньютон (Н), угловая скорость – радиан в секунду (рад/с), масса – килограмм (кг), момент инерции – килограмм на метр в квадрате (кгм²).

При практических расчетах часто используют не момент инерции, а маховой момент GD² (кГм²). Связь между ними: ; , тогда , кгм².

Скорость вращения электродвигателей дается обычно в оборотах в минуту – n, связанную с ω равенством . Выразив уравнение движения через n получим: .

1.2 Механические характеристики рабочих машин

Для понимания уравнения движения электропривода необходимо знать механическую характеристику двигателя ω = f (М) и зависимость момента рабочей машины от скорости.

Различают четыре вида механических характеристик рабочих машин, рис. 1:

1) Не зависящие от скорости механические характеристики (1) . Характерны для подъемных машин, поршневых компрессоров, механизмов передвижения. Мощность таких машин растет со скоростью.

2) Линейно - возрастающие характеристики (2). Такую характеристику имеет генератор постоянного тока. Здесь мощность пропорциональна квадрату скорости.

3) Нелинейно – возрастающие (параболические) механические характеристики (3). Такую характеристику имеют машины, преодолевающие сопротивление воздуха или жидкости (вентиляторы, насосы, центрифуги). Их мощность примерно пропорциональна кубу скорости.

4) Нелинейно – спадающие характеристики (4). Такие характеристики характерны для металлорежущих станков токарной группы, стругов, скребковых конвейеров. Мощность, потребляемая такими машинами, постоянна.

1.3 Приведение моментов сопротивления и инерции

Наиболее распространенной конструктивной формой большинства рабочих машин является сочленение с электродвигателем посредством редуктора. В этом случае скорости движения вала рабочей машины и вала двигателя различны и при использовании уравнения движения электропривода все моменты должны быть приведены к единой скорости или к единому валу – валу электродвигателя. При приведении необходимо учитывать потери в редукторе. Рассмотрим кинематическую схему, приведенную на рис.2. Двигатель сочленен с рабочей машиной через редуктор с передаточным отношением i. Требуемая мощность на валу рабочей машины равна: