«Издание Проектирование приводов 11/2001 Практика приводной техники 1052 3057 / RU Содержание 1 1 Введение 2 Электропривод переменного тока с фиксированной 2 частотой вращения 3 3 Электропривод переменного тока с ...»

Тепловую нагрузочную способность двигателя можно увеличить, выбрав соответствующий температурный класс изоляции, или посредством Количество Количество включений без нагрузки Z0 изготовитель определяет как допустимое включений без количество включений двигателя при 50 % ПВ без момента нагрузки и внешних нагрузки масс. Эта величина означает, сколько раз в час двигатель может разгонять момент инерции своего ротора до максимальной частоты вращения без момента Допустимое Время разгона двигателя увеличивается, если необходимо разогнать количество дополнительный момент инерции, или если имеется дополнительный момент включений нагрузки. В течение времени разгона величина тока увеличивается.

Это означает, что двигатель подвергается повышенной тепловой нагрузке, Приблизительное допустимое количество включений двигателя можно KJ = f (JX, JZ, JM) коэффициент зависимости от дополнительного момента инерции Практика приводной техники – Проектирование приводов Электропривод переменного тока с фиксированной частотой Коэффициенты KJ, KM и KP для конкретных условий эксплуатации можно 2.8 Плавный пуск и плавное переключение числа полюсов Переключение При пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором бросок "звезда > вращающего момента можно уменьшить с помощью внешних дроссельных или треугольник" резисторных схем или путем понижения подаваемого напряжения. Простейший способ – так называемое / переключение обмотки статора. Если обмотка статора двигателя выполнена по схеме включения треугольником, например, для напряжения сети 400 В, и при пуске двигателя это напряжение подается на обмотку, включенную звездой, то вращающий момент составляет только 1/3 часть от пускового момента при включении обмотки треугольником.

Значения тока, в частности пускового, также достигают только 1/3 величины тока Инерционная Для некоторых приводов уменьшение ускорения при пуске и замедления при крыльчатка торможении (= плавность разгона и торможения) достигается путем установки чугунной крыльчатки двигателя, создающей дополнительный момент инерции.

Альтернативы С помощью пускового трансформатора, соответствующих дросселей или переключению резисторов можно добиться подобного же эффекта, что и при использовании "звезда > / переключения, при этом величину вращающего момента можно треугольник" корректировать, изменяя параметры дросселей и резисторов.

Снижение При изменении частоты вращения таких двигателей с высокой на низкую могут вращающего понадобиться соответствующие меры по снижению вращающего момента, момента поскольку его величина при переключении пар полюсов больше величины двигателей с пускового момента. Этого можно добиться не только с помощью дроссельных и переключением резисторных схем, но и недорогим способом 2 фазного переключения. При числа полюсов таком переключении двигатель в течение определенного времени (регулируемого через реле времени) работает только от двух фаз статорной обмотки для низкой частоты вращения. Благодаря этому симметричное (в нормальном режиме) вращающееся поле искажается, и двигатель создает Из соображений безопасности запрещается использовать 2 фазное Практика приводной техники – Проектирование приводов Электропривод переменного тока с фиксированной частотой 2 вращения Еще более оптимальный способ – это использование электронного устройства плавного переключения числа полюсов WPU, электронные схемы которого отключают 3 ю фазу при переключении полюсов и снова подключают ее в Рис. 8. Устройство плавного переключения числа полюсов WPU Устройство плавного переключения числа полюсов WPU включается в цепи двух фаз в соответствии с типом и схемой включения обмотки.

2.9 Двигатели с тормозом Полная информация о параметрах тормозных систем в комбинации с различными тормозными выпрямителями и блоками управления содержится в каталогах SEW и в руководстве по тормозным системам (прежние издания:

"Drive Engineering – Practical Implementation – SEW Disc Brakes" ("Практика Применение и Во многих приводных системах, используемых для более или менее точного принцип позиционирования, двигатель должен быть оснащен дополнительным действия механическим тормозом. В таких системах он используется как рабочий тормоз.

Двигатели с тормозом применяются и в тех случаях, когда необходима высокая степень безопасности. Например, в приводах подъемных устройств, когда двигатель электрическим способом останавливается при определенном положении привода, для его надежной фиксации налагается "стояночный тормоз". Подобные требования к безопасности действительны и для систем, чувствительных к отказу электросети. В этом случае механические тормоза двигателей являются гарантом экстренной остановки.

• При включении напряжения тормоз освобождается (отпускается) • При отключении напряжения тормоз автоматически налагается усилием Время реакции Благодаря использованию двухсекционных тормозных катушек с электронным тормоза управлением двигатели SEW отличаются очень быстрым отпусканием тормоза.

Время наложения тормоза зачастую слишком велико, например, потому, что на тормозной выпрямитель в клеммной коробке двигателя питание подается прямо с клеммной панели двигателя. После отключения и до момента остановки вала двигатель находится в генераторном режиме и вырабатывает остаточное напряжение, замедляющее процесс наложения тормоза. Однако и при отключении питания тормоза только лишь по цепи переменного тока он налагается со значительной задержкой из за самоиндукции в тормозной катушке. Эта проблема решается только одновременным отключением и в цепи Практика приводной техники – Проектирование приводов Электропривод переменного тока с фиксированной частотой Тормозной Величина тормозного момента дисковых тормозов SEW регулируется путем момент установки различных комплектов пружин. В заказе на двигатель необходимо указывать требуемый тормозной момент, выбранный по каталогу в соответствии с условиями эксплуатации. Например, для подъемных устройств из соображений безопасности следует выбирать тормозной момент приблизительно вдвое больше необходимого номинального момента двигателя. Если в заказе эти данные не указаны, то двигатель комплектуется пружинами, рассчитанными на Предельная При выборе параметров тормоза, особенно для эксплуатации в условиях нагрузка возможного экстренного торможения, следует учитывать максимально допустимую работу тормоза за один цикл торможения. Соответствующие диаграммы, иллюстрирующие эти значения в зависимости от количества включений в час и частоты вращения двигателя, приводятся в каталогах SEW и в руководстве по тормозным системам (прежние издания: "Drive Engineering – Practical Implementation – SEW Disc Brakes" ("Практика приводной техники.

Тормозной путь Время торможения делится на две отдельные фазы:

и точность • время наложения тормоза t2;

остановки В фазе механического торможения частота вращения двигателя снижается.

В фазе наложения тормоза частота вращения остается более или менее постоянной, и иногда даже повышается, например, при работе подъемных устройств в режиме спуска, когда двигатель уже отключен, а тормоз еще не Допуск на длину тормозного пути при неизменных граничных условиях составляет ок. ±12 %. При очень малом времени торможения длина этого пути может существенно увеличиться из за влияния электрических устройств управления (время срабатывания реле или контакторов). При использовании программируемых контроллеров время торможения может возрасти за счет времени выполнения программы и обработки более приоритетных команд.

Механическое Отпускание тормоза возможно и механическим способом. Для этого тормоз устройство комплектуется устройством ручного растормаживания с рукояткой ручного растор (автоматически возвращается в исходное положение) или со стопорным маживания штифтом (фиксируется).

Подогрев При эксплуатации двигателя в особых внешних условиях, например, на открытом тормоза воздухе при больших перепадах температуры или в зонах отрицательной температуры (промышленные холодильники), необходимо предохранять тормоз от обледенения. Для этого потребуется специальный блок управления (имеется Тормозные Индуктивная нагрузка (катушка) получает большие импульсы тока и контакторы подключается к постоянному напряжению, поэтому для питания цепи тормоза и отключения по цепи постоянного напряжения необходимо использовать либо специальные контакторы постоянного тока, либо соответствующие контакторы переменного тока с контактами класса AC3 по стандарту EN 60947 4 1.

Выбор тормозного контактора для подачи напряжения сети достаточно прост:

силовой контактор с номинальной мощностью 2,2 или 4 кВт и контактами Торможение Торможение противовключением или реверсивный режим, т. е. изменение противовключе порядка следования фаз двигателя при максимальной частоте вращения, нием – создают большую механическую и тепловую нагрузку на двигатель. Эта Торможение высокая механическая нагрузка воздействует и на подключенный постоянным редуктор и передаточные элементы. Соответствующие консультации током можно получить у изготовителя этих компонентов привода.

Для двигателей без тормоза эффективность торможения постоянным током зависит от величины постоянного тока. Поскольку этот способ торможения приводит к дополнительному нагреву асинхронного двигателя, то и в этом случае Практика приводной техники – Проектирование приводов Электропривод переменного тока с преобразователем частоты 3 Электропривод переменного тока с преобразователем частоты Полная информация по электроприводам переменного тока с преобразователем частоты содержится в каталогах по преобразователям MOVITRAC® и MOVIDRIVE®, в каталоге MOVIMOT®, в системном руководстве "Drive System for Decentralized Installation" ("Приводные системы для децентрализованного монтажа") и в документации "Drive Engineering – Practical Implementation. Project Planning with Frequency Inverters" ("Практика приводной техники. Проектирование приводов с преобразователями частоты").

Рис. 10. Преобразователи частоты MOVITRAC® 07, MOVIDRIVE® и MOVITRAC® 31C Оптимальным способом плавного изменения частоты вращения двигателей и мотор редукторов переменного тока является использование преобразователей частоты. Такой преобразователь выдает регулируемое по частоте напряжение, величина которого изменяется пропорционально изменению частоты.

Рис. 11. Мотор редуктор MOVIMOT® со встроенным преобразователем частоты Для децентрализованных приводных систем можно использовать мотор редукторы MOVIMOT® со встроенным преобразователем частоты.

3.1 Преобразователи частоты Преобразователи частоты MOVIDRIVE® и MOVIDRIVE® compact с диапазоном Приводные преобразователи мощности до 90 кВт отвечают самым высоким требованиям к динамике и Эти преобразователи, работающие по принципу векторного управления потокосцеплением ротора, предназначены для монтажа в распределительном шкафу, их можно устанавливать в ряд, они компактны и требуют минимальной VFC Алгоритм управления VFC (Voltage mode flux control) с обратной связью по частоте вращения или без нее обеспечивает высокую точность регулирования параметров приводов с асинхронными двигателями.

MOVIDRIVE® с алгоритмом управления CFC (Current mode flux control) CFC соответствует самым высоким требованиям к точности и динамике. Приводы с асинхронными двигателями, управляемые преобразователями MOVIDRIVE® по алгоритму CFC, достигают характеристик сервопривода.

Преобразователи частоты MOVITRAC® обеспечивают плавное электронное Преобразователи частоты управление частотой вращения мотор редукторов и двигателей переменного MOVITRAC® тока с тормозом и без него. Преобразователи MOVITRAC® предназначены для Удобные способы управления и отображения информации с помощью персонального компьютера (ПК) обеспечивают быстрый ввод в эксплуатацию и Модульные сервопреобразователи MOVIDYN® для управления синхронными Сервопреобра зователи серводвигателями монтируются в распределительном шкафу и обладают MOVIDYN® высокой динамикой и широким диапазоном регулирования.

Мотор редукторы MOVIMOT® со встроенным преобразователем частоты 3. Мотор редукторы MOVIMOT® – это компактные, готовые к подключению приводы с электронным регулированием частоты вращения (с механическим Приводы MOVIMOT® выпускаются в различном исполнении для любых монтажных позиций и оснащаются цилиндрическими, плоскими цилиндрическими, коническими, планетарными, червячными редукторами и Практика приводной техники – Проектирование приводов Электропривод переменного тока с преобразователем частоты 3.3 Работа двигателя от преобразователя частоты Рабочие характеристики Постоянный Изменяя частоту и напряжение, можно сдвигать механическую характеристику вращающий асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором над осью частоты момент вращения (см. рисунок). На участке пропорционального изменения U и f в диапазоне (диапазон A) двигатель работает с постоянным магнитным потоком и создает до частоты сети постоянный вращающий момент. Если напряжение достигает максимального значения, а частота продолжает повышаться, то магнитный поток ослабевает, а В диапазоне (A) пропорционального изменения характеристики двигатель может уменьшается в квадратичной зависимости. Начиная с определенного значения частоты величина MK становится меньше создаваемого вращающего момента, Рис. 12. Рабочие характеристики с постоянным вращающим моментом и постоянной Постоянный Еще одним вариантом является работа с напряжением и частотой выше номинальный номинальных значений, например:

диапазоне до 3 x частота сети Рис. 13. Рабочие характеристики с постоянным номинальным моментом За счет повышения частоты двигатель мог бы отдавать в 1,73 раза больше Однако из за большой тепловой нагрузки на двигатель в продолжительном режиме SEW рекомендует использовать двигатель следующего типоразмера (температурного класса изоляции F!) на номинальной мощности.

Например: номинальная мощность двигателя PN = 4 кВт, отдаваемая мощность В таких условиях этот двигатель постоянно работает с мощностью в 1,37 раза больше номинальной. Диапазон ослабления поля не достигается, поэтому в таком режиме работы опрокидывающий момент остается на том же уровне, что Учитывать следует повышенный уровень шума двигателя (из за повышения через редуктор (коэффициент fB должен быть достаточно большим).

Преобразователь следует выбирать для более высокой мощности (в данном случае 5,5 кВт), потому что рабочий ток двигателя при схеме включения Практика приводной техники – Проектирование приводов Электропривод переменного тока с преобразователем частоты параметров двигателя Охлаждение Условием стабильности вращающего момента является сохранение эффективности охлаждения двигателя даже в нижнем диапазоне частоты вращения. Для двигателей с самоохлаждением это невозможно, поскольку со снижением частоты вращения уменьшается и эффективность вентиляции. Если не используется вентилятор принудительного охлаждения, то вращающий момент необходимо снизить. Работать с постоянным вращающим моментом и без принудительного охлаждения можно только в том случае, если выбрать двигатель большего типоразмера. При той же полезной мощности, но при большей площади поверхности двигателя тепловые потери будут эффективно отводиться даже на низкой частоте вращения. В определенных условиях Соблюдение всех При выборе максимальной частоты следует учитывать и условия работы условий редуктора. При высокой окружной скорости входной ступени увеличиваются потери от перемешивания масла, возрастает трение в подшипниках и манжетах, повышается уровень шума. Эти факторы ограничивают максимально допустимую частоту вращения двигателя. Нижняя граница диапазона частоты Плавность Плавность вращения двигателя на низких скоростях зависит от качества вращения / синусоидального напряжения на выходе преобразователя. Стабильность Точность частоты вращения под нагрузкой определяется либо параметрами компенсации регулирования скольжения и IxR компенсации, либо качеством регулирования частоты вращения, если на двигателе установлен соответствующий датчик.

3.4 Проектирование приводов с преобразователями частоты SEW Применяемые компанией SEW рабочие характеристики мотор редуктора переменного тока описаны в главе Работа двигателя от преобразователя частоты / Рабочие характеристики. Подробные инструкции по проектированию содержатся в каталогах и системных руководствах MOVIDRIVE® и MOVITRAC®, а также в документации "Drive Engineering – Practical Implementation. – Project Planning with Frequency Inverters" ("Практика приводной техники. Проектирование Рекомендации Для работы с преобразователем двигатели должны иметь изоляцию обмотки по SEW по выбору классу F. Кроме того, они должны быть оборудованы датчиками температуры TF параметров или термостатами TH.

Рабочую мощность такого двигателя следует снизить до номинальной мощности двигателя, меньшего на один типоразмер, в противном случае следует С учетом диапазона регулирования частоты вращения, КПД и cos рекомендуется использовать 4 полюсные двигатели. Возможные варианты:

1) Если двигатель оборудован тормозом, следует обеспечить достаточное охлаждение тормозной катушки (см. Руководство по тормозным системам (прежние издания: "Drive Engineering – Practical Implementation – SEW Disc Brakes" ("Практика приводной техники. Дисковые тормоза SEW")).

PC = сниженная мощность = номинальная мощность двигателя, меньшего на один типоразмер Диапазон Это диапазон, в пределах которого двигатель работает в длительном режиме.

регулирования Если на низких скоростях двигатель работает лишь кратковременно (например, частоты при пуске или позиционировании), то при определении диапазона регулирования Опрокидывающий Если частота, соответствующая необходимой максимальной частоте вращения, момент находится в диапазоне ослабления поля, то следует учитывать, что номинальный вращающий момент MN50Гц (при номинальной частоте) в этом диапазоне уменьшается обратно пропорционально, а опрокидывающий момент MK – обратно пропорционально квадрату частоты. Для обеспечения защиты от опрокидывания соотношение MK/MN должно оставаться > 1 (рекомендуемое Рис. 14. Снижение опрокидывающего момента обратно пропорционально квадрату Практика приводной техники – Проектирование приводов Электропривод переменного тока с преобразователем частоты Режим Параллельное подключение нескольких двигателей к одному преобразователю параллельного не гарантирует равномерности или синхронности их работы. Нагрузка на включения отдельные двигатели не одинакова, и из за различного скольжения частота вращения двигателей без нагрузки и с номинальной нагрузкой может отличаться почти на 100 об/мин. Это отклонение остается достаточно постоянным на всем диапазоне частоты вращения и не поддается корректировке даже через компенсацию скольжения и IxR компенсацию на преобразователе. Ведь настройка параметров на преобразователе действительна для всех Защита кабелей Для параллельной работы от одного преобразователя кабель питания каждого питания отдельного двигателя должен быть подключен через перегрузочное термореле двигателей или защитный автоматический выключатель (комбинированная линейная предохранителями защита), поскольку функция преобразователя по ограничению тока – общая для Сборная шина Подключение и отключение отдельных двигателей к сборной шине питания от преобразователя SEW возможно без ограничений. Суммарный номинальный ток двигателей, работающих от одной сборной шины, не должен превышать квадратичной нагрузке и при работе с постоянным вращающим моментом без Работа Если используются двигатели с переключением числа полюсов, и при работе их двигателей обмотки переключаются, то следует учитывать, что при переходе с малого числа с переключением полюсов на большое двигатель работает в генераторном режиме. На этот случай числа полюсов от преобразователь должен быть оборудован тормозным резистором с преобразователя достаточными параметрами, иначе возможно отключение из за слишком частоты высокого напряжения промежуточного звена. При переключении двигателя с большого числа полюсов на малое преобразователь нагружается дополнительным током. Он должен иметь достаточный резерв на перегрузку по Дополнительное При необходимости набор функций преобразователей частоты можно оборудование расширить. Использование с преобразователями частоты SEW разнообразного дополнительное оборудование позволяет решать самые различные прикладные Полная информация по сервоприводам содержится в каталогах "Geared Servomotors" ("Серводвигатели с редуктором"), в системном руководстве "MOVIDRIVE® Drive Inverters" ("Приводные преобразователи MOVIDRIVE®"), в каталоге "MOVIDYN® Servo Controllers" ("Сервопреобразователи MOVIDYN®") и в документации "Drive Engineering Practical Implementation. Servo Drives" ("Практика приводной техники. Сервоприводы").

Рис. 15. Приводные преобразователи MOVIDRIVE®, сервопреобразователь MOVIDYN®, Практика приводной техники – Проектирование приводов Определение В различных сферах применения современной приводной техники высокие Динамика Требования к динамике, т. е. к временным характеристикам привода, обусловлены все более ускоряющимися технологическими процессами, сокращением длительности/увеличением количества циклов, что и определяет Точность Возможности применения приводной системы очень часто зависят от точности Диапазон Сервоприводными называются системы, обладающие высокой динамикой, регулирования точностью и перегрузочной способностью в широком диапазоне регулирования вращения 4.1 Серводвигатели Конструкция Компания SEW предлагает асинхронные и синхронные серводвигатели.

Конструкция статора этих двигателей принципиально одинакова, но их роторы • Асинхронный серводвигатель имеет короткозамкнутый ротор, магнитное • На роторе синхронного серводвигателя закреплены магниты, создающие в Механические На графике механической характеристики серводвигателя можно различить три характеристики ограничения, которые следует учитывать при проектировании привода:

1. Максимальный вращающий момент двигателя определяется его механической ограничивается еще и нагрузочной способностью постоянных магнитов.

2. Ограничение вращающего момента в верхнем диапазоне частоты вращения напряжения промежуточного звена и падения напряжения на кабелях.

В результате влияния противо эдс (индуцированное напряжение на роторе двигателя) ток в обмотке статора больше не достигает максимальной 3. Еще одно ограничение – это степень использования двигателя по нагреву.

Он не должен превышать значений механической характеристики для продолжительного режима S1. Превышение ограничения по нагреву может Рис. 16. Пример механических характеристик синхронного и асинхронного серводвигателя VY = вентилятор принудительного охлаждения для синхронных двигателей VR = вентилятор принудительного охлаждения для асинхронных двигателей Практика приводной техники – Проектирование приводов Сервопреобразователи MOVIDYN® Сервопреобразователи серии MOVIDYN® – это преобразователи модульной Описание конструкции, питающие синусоидальным током синхронные двигатели с напряжением 380...500 В~ и частотой 50/60 Гц, обеспечивая выходной ток от до 60 А~. Сервопреобразователи MOVIDYN® используются для управления Силовые модули Силовые модули предназначены для силового питания подключенных MPB... и MPR... координатных модулей через промежуточное звено и для питания электронных схем управления через импульсный блок питания. Кроме того, они оснащены центральным тормозным прерывателем или устройством рекуперации энергии в сеть, всеми необходимыми устройствами защиты и интерфейсами передачи Координатные Для подключения координатных модулей к промежуточному звену и контуру модули MAS... защитного заземления используются токоведущие шины. Питающее напряжение на электронные схемы управления подается по отдельной шине Дополнительное – сетевые интерфейсные модули PROFIBUS, INTERBUS, CAN и DeviceNet;

оборудование: – устройство управления позиционированием;

Приводные преобразователи MOVIDRIVE® и MOVIDRIVE® compact 4. MOVIDRIVE® – это целое семейство приводных преобразователей для Описание индивидуального решения разнообразных прикладных задач с помощью Съемные дополнительные устройства и прикладные модули используются Для управления сервоприводами используются преобразователи MOVIDRIVE® Типы преобразователей следующего типа:

MOVIDRIVE® MDV: для управления асинхронными серводвигателями с датчиком (инкодером) и без него. Возможные алгоритмы управления:

Системная шина С помощью стандартной системной шины (SBus) возможно соединение в сеть нескольких преобразователей MOVIDRIVE®. Тем самым обеспечивается Дополнительное – сетевые интерфейсные модули PROFIBUS, INTERBUS, CAN и DeviceNet;

оборудование: – устройство синхронного управления;

– съемная клавишная панель управления с текстовым дисплеем и памятью Практика приводной техники – Проектирование приводов 4.4 Блок схема проектирования На следующей блок схеме представлена процедура проектирования • точность позиционирования / диапазон регулирования;

• мощность в статическом, динамическом и генераторном режимах;

• определение типоразмера, передаточного числа и варианта исполнения;

• параметр регулирования (положение / частота вращения / вращающий момент).

• минимальная рабочая частота вращения двигателя.

• эффективный вращающий момент < MN при средней частоте вращения;

• тепловая нагрузка (диапазон регулирования / относительная продолжительность • выбор тормозного резистора или устройства рекуперации;

• выбор дополнительного оборудования (управление / обмен данными / специальные Полная информация содержится в каталоге "Variable Speed Geared Motors" Рис. 17. Мотор редукторы с фрикционным вариатором VARIMOT® (плоский цилиндрический редуктор) и клиноременным вариатором VARIBLOC® 5.1 Описание Для многих технологических процессов достаточным является использование приводов с малым диапазоном регулирования частоты вращения без особых требований к ее стабильности (например, ленточные конвейеры, мешалки, миксеры и т. д.). В таких случаях применяются вариаторы, с помощью которых Механические вариаторы зачастую комбинируются с понижающим редуктором (на выходе). На вход вариаторов устанавливают асинхронный двигатель с Распространен Большое распространение получили:

ные вариаторы • фрикционные вариаторы с ограниченным диапазоном регулирования до 1 : 5;

• клиноременные вариаторы с ограниченным диапазоном регулирования до 1 : 8.

Диапазон регулирования этих вариаторов можно расширить за счет применения двигателей с переключением числа полюсов (например, 4/8 полюсные).

Регулируемость, Время регулирования этих механических вариаторов достаточно велико время (20...40 секунд в зависимости от диапазона регулирования), частота вращения регулирования изменяется очень медленно. Поэтому такие приводы используются только для Практика приводной техники – Проектирование приводов Электропривод переменного тока с механическим вариатором 5.2 Расчет параметров мотор редуктора с вариатором Для выбора параметров вариатора необходимо кроме требуемой мощности и диапазона регулирования частоты вращения знать высоту над уровнем моря и режим работы. На следующем рисунке показана зависимость выходной Критерии Механические вариаторы преобразуют не только частоту вращения, но и выбора вращающий момент, поэтому выбирать их следует по различным критериям:

параметров – постоянный вращающий момент;

Передаточное На графике показан характер изменения показателей Pa, s и, измеренных при работе вариаторов под нагрузкой. Эта диаграмма иллюстрирует явную зависимость величины КПД и проскальзывания от установленного передаточного числа. Эта зависимость нелинейная, что обусловлено особенностями механической конструкции, например, максимальное трение между ремнем (фрикционным диском) и ведущим элементом при максимальной окружной скорости, а также зависимость коэффициентов трения от частоты вращения. Поэтому для оптимальной эксплуатации вариатора необходимо Расчет Большинство вариантов привода для своего диапазона регулирования требуют параметров для достаточно постоянного вращающего момента на выходном валу. Работающие работы с в таком режиме вариаторы создают вращающий момент, рассчитанный по постоянным следующей формуле:

вращающим моментом В этих условиях (в этом режиме работы) подключенный понижающий редуктор равномерно нагружается во всем диапазоне регулирования. Максимальная степень использования вариатора достигается только при максимальной частоте вращения. При малых значениях частоты вращения требуемая мощность меньше допустимой. По следующему уравнению рассчитывается минимальная мощность при минимальной частоте вращения вариатора:

Выходная На следующих графиках показана зависимость вращающего момента и Рис. 19. Характеристики вариаторов при постоянном вращающем моменте Pa макс (n) = максимальная мощность по результатам испытаний Заданный момент Ma = предельный момент Ma макс понижающего редуктора Практика приводной техники – Проектирование приводов Электропривод переменного тока с механическим вариатором Расчет Выходную мощность Pa можно снизить на всем диапазоне регулирования и параметров для рассчитать по следующей формуле:

постоянной мощностью Выходная Вариатор используется только при минимальной частоте вращения выходного вала. Подключенный понижающий редуктор должен быть рассчитан на передачу вращающего момента, достигающего величины на 200...600 % больше, чем в расчете параметров для постоянного момента (см. характеристики).

Рис. 20. Характеристики вариаторов при постоянной мощности Заданный момент Ma = предельный момент Ma макс понижающего редуктора Расчет При таком характере нагрузки степень использования вариатора – оптимальная.

параметров для Понижающий редуктор должен быть способен передавать максимальный работы с вращающий момент, создаваемый на выходе вариатора. В диапазоне na’... naмакс постоянной мощность остается постоянной. В диапазоне naмин... na’ постоянным остается мощностью и вращающий момент.

постоянным Если вариатор будет работать не на всем диапазоне частоты вращения, то для вращающим получения оптимального КПД рекомендуется использовать верхнюю часть этого моментом диапазона. При такой частоте вращения проскальзывание вариатора минимально, а передаваемая мощность – максимальна.

Рис. 21. Характеристики вариаторов при постоянном вращающем моменте и постоянной Pa макс (n) = максимальная мощность по результатам испытаний Заданный момент Ma = предельный момент Ma макс понижающего редуктора Выходная Практика приводной техники – Проектирование приводов Электропривод переменного тока с механическим вариатором Эксплуата В таблицах параметров для выбора вариатора указаны следующие ционные эксплуатационные коэффициенты:

коэффициенты • fB = коэффициент для учета характера нагрузки (см. таблицу) Общий эксплуатационный коэффициент получается из произведения fB x fT.

Защита от Любая система защиты двигателя не защищает подключенные к нему перегрузки передаточные механизмы.

Электронная Чтобы защитить от перегрузки редуктор, подключенный к механическому защита от вариатору, можно использовать электронную систему контроля. Она измеряет перегрузки мощность двигателя и частоту вращения выходного вала вариатора. При постоянном вращающем моменте мощность изменяется в линейной зависимости от частоты вращения, т. е. при снижении частоты вращения должна уменьшаться и мощность двигателя. Если это не так, то регистрируется перегрузка, и привод отключается. Такая защита не используется в качестве Для защиты от опрокидывания можно использовать предохранительные муфты.

Инструкции по Расчет параметров вариатора, как упоминалось выше, зависит от различных проектированию факторов. В следующей таблице приводятся основные инструкции по проектированию приводов с вариатором VARIBLOC® и VARIMOT®.

Критерий Диапазон 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8 (в зависимости от 1:4, 1:5 (в зависимости от числа полюсов и регулирования числа полюсов и мощности двигателя). мощности двигателя).

Регулирование на Не допускается, поскольку натяжение Допускается, но не должно остановленном ремня автоматически устанавливается использоваться слишком часто.

вариаторе только при работающем приводе.

Характер нагрузки Допускается неравномерная нагрузка Допускается только равномерная нагрузка вариаторов см. "Drive Engineering – Practi вариаторов см. "Drive Engineering – Practi cal Implementation – Explosion Protected cal Implementation – Explosion Protected обладают электрической проводимостью и электрической проводимостью и снимает Износ Ремень подвержен износу и подлежит Диск износостойкий, конкретные данные регулирования электромеханическое или гидравлическое устройство дистанционного управления.

Индикаторные Аналоговые или цифровые индикаторы Аналоговые или цифровые индикаторы приборы (обычно, аналоговые индикаторы со (обычно, аналоговые индикаторы со Практика приводной техники – Проектирование приводов 6.1 Редукторы в стандартном исполнении для мотор редукторов Полная информация по редукторам SEW содержится в каталогах "Gear Units" ("Редукторы"), "Geared Motors" ("Мотор редукторы") и "Planetary Geared Motors" ("Планетарные мотор редукторы").

Рис. 23. Мотор редукторы SEW Цилиндрический мотор редуктор R Плоский цилиндрический мотор редуктор F Планетарный мотор редуктор P Описание Мотор редуктор SEW состоит из электродвигателя (см. выше) и понижающего редуктора, образующих единую конструкцию. Редуктор соответствующего типа выбирается, в частности, и по таким критериям, как монтажное пространство, способы крепления и соединение с приводимым механизмом. Выпускаются цилиндрические, плоские цилиндрические, конические редукторы в стандартном исполнении и со сниженным люфтом, а также червячные редукторы, редукторы Spiroplan®, планетарные и низколюфтовые планетарные редукторы.

Цилиндрические Редукторы особого типа – цилиндрические с удлиненным корпуса подшипника.

редукторы с Они имеют обозначение RM и применяются, главным образом, в приводе удлиненным перемешивающих устройств. Редукторы RM рассчитаны на эксплуатацию в корпусом условиях высоких внешних нагрузок (радиальных и осевых) и изгибающих подшипника моментов. Остальные данные соответствуют данным стандартных Сдвоенные Для получения очень низкой частоты вращения выходного вала модульная редукторы система SEW позволяет устанавливать на вход одного редуктора Частота Типоразмер редуктора зависит от вращающего момента на его выходном валу.

вращения Величина этого момента Ma рассчитывается по номинальной мощности выходного вала, двигателя PN и частоте вращения на выходе редуктора na.

вращающий момент на выходном валу Выбор мотор Мотор редукторы SEW, представленные в соответствующем каталоге, редуктора описываются либо через отдаваемую мощность, либо через создаваемый вращающий момент при заданной частоте вращения выходного вала. При этом дополнительным параметром является эксплуатационный коэффициент.

Практика приводной техники – Проектирование приводов КПД редуктора Потери Типичные потери мощности в понижающих редукторах – это потери на трение в перемешивания масла при смазке погружением. Повышенные потери характерны для редукторов Spiroplan® и червячных редукторов.

КПД зубчатой В цилиндрических, плоских цилиндрических, конических и планетарных передачи редукторах КПД зубчатой передачи различных ступеней составляет 97...98 %.

В редукторах Spiroplan® и червячных редукторах различного исполнения этот Spiroplan® и червячных редукторов может снижаться до 15 %. Если КПД менее 50 %, то редуктор подвержен эффекту статического самоторможения. Такие обратного момента, или он настолько мал, что не может вызвать повреждения Потери от При некоторых монтажных позициях первая ступень редуктора полностью перемешивания погружена в смазочный материал. Для редукторов большего типоразмера с масла высокой окружной скоростью входной ступени потери от перемешивания масла Минимизация Для снижения потерь от перемешивания масла для конических, цилиндрических, потерь от плоских цилиндрических и червячных редукторов рекомендуется использовать перемешивания основную монтажную позицию M1.

Допустимая В зависимости от условий эксплуатации (высота над уровнем моря, механическая продолжительность включения, температура окружающей среды и т. п.) для мощность на редукторов в критичной монтажной позиции и с высокой частотой вращения входе входного вала необходимо проверять уровень допустимой механической 6.2 Выбор параметров для редукторов в стандартном исполнении с учетом эксплуатационного коэффициента Эти редукторы рассчитаны на эксплуатацию с равномерной нагрузкой и малой частотой включения. При отклонениях от этих условий вычисленные теоретические значения вращающего момента или мощности на выходном валу следует умножить на эксплуатационный коэффициент (т. наз. сервис фактор).

Этот коэффициент существенно зависит от количества включений в час, коэффициента инерции и ежедневного времени работы. С достаточной точностью (в первом приближении) можно использовать следующие диаграммы.

Если учитывать конкретные особенности приводной системы, то получаются более высокие эксплуатационные коэффициенты. По результату расчета вращающего момента на выходном валу можно выбрать соответствующий редуктор. Допустимый вращающий момент на выходном валу редуктора должен Рис. 24. Необходимый эксплуатационный коэффициент fB для Рис. 25. Необходимый эксплуатационный коэффициент fB В данном количестве включений учитываются все процессы запуска и торможения, а также Практика приводной техники – Проектирование приводов нагрузки II Умеренная ударная нагрузка, допустимый коэффициент инерции III Значительная ударная нагрузка, допустимый коэффициент инерции Пример Характер нагрузки I, количество включений 200 вкл/ч и ежедневное время Эксплуатацион коэффициент fB > 1,8 В определенных условиях эксплуатационный коэффициент может быть > 1,8.

передающих элементах приводимого механизма или при значительных внешних радиальных нагрузках. В этом случае обратитесь в центр обслуживания SEW.

Определение Характер нагрузки (I...III) определяется с учетом самых неблагоприятных характера значений моментов инерции, как внешних, так и со стороны двигателя.

нагрузки Возможна интерполяция между кривыми I...III.

Эксплуатацион В каталоге SEW для каждого мотор редуктора указан соответствующий ный эксплуатационный коэффициент. Этот эксплуатационный коэффициент коэффициент представляет собой отношение номинальной мощности редуктора к SEW номинальной мощности двигателя. Метод определения эксплуатационных коэффициентов не нормирован. Поэтому данные по эксплуатационным коэффициентам у разных изготовителей существенно различаются и не Дополнительные При выборе червячных редукторов следует дополнительно учитывать влияние эксплуатацион температуры окружающей среды и продолжительности включения. На рисунке ные показаны дополнительные эксплуатационные коэффициенты для червячных коэффициенты редукторов.

для червячных редукторов Рис. 26. Дополнительные эксплуатационные коэффициенты fB1 и fB2 для червячных Если планируется эксплуатация при температуре воздуха < – 20 °C, обратитесь Общий эксплуа Общий эксплуатационный коэффициент fBT для выбора червячного редуктора тационный рассчитывается следующим образом:

коэффициент для червячного редуктора fB1 = эксплуатационный коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды fB2 = эксплуатационный коэффициент, учитывающий продолжительность включения Практика приводной техники – Проектирование приводов 6.3 Редукторы для сервоприводов Серводвигатель с редуктором – это комбинация из синхронного или асинхронного серводвигателя и одного из следующих редукторов:

• редукторы в стандартном исполнении: цилиндрические (R), плоские • редукторы со сниженным люфтом: цилиндрические (R), плоские Дополнительная информация содержится в каталоге "Geared Servomotors" Низколюфтовые • Низколюфтовые планетарные мотор редукторы серии PSF планетарные Редукторы серии PSF выпускаются в типоразмерах от 211/212 до 901/902.

мотор Они оснащаются квадратным фланцем B5 и сплошным выходным валом.

редукторы приводного механизма) соответствует стандарту EN ISO 9409. Этот стандарт устанавливает требования к оборудованию промышленных роботов.

промышленных установок, где требуется высокая устойчивость к большим конструкцией. Технические данные (угловой люфт, вращающий момент и передаточные числа) сопоставимы с данными редукторов серии PSF/PSB.

Данные для Для выбора параметров серводвигателей с редуктором необходимы следующие Люфт редуктора Редукторы серии PS. выпускаются в исполнении N (нормальный люфт) или R (исполнение N (сниженный люфт):

Опора двигателя Если на редуктор PS. устанавливается большой двигатель, то при следующих соотношениях масс необходимо использование дополнительной опоры Дополнительные инструкции по проектированию приводов с редукторами PS.

содержатся в каталогах "Low Backlash Planetary Gear Units" ("Низколюфтовые планетарные редукторы") и "Geared Servomotors" ("Серводвигатели с Серводвигатели Конические, цилиндрические и плоские цилиндрические мотор редукторы со с редуктором сниженным люфтом, оснащенные синхронным или асинхронным R/F/K со серводвигателем и работающие в диапазоне вращающего момента сниженным Maмакс = 200... 3000 Нм, являются дополнением к линейке низколюфтовых люфтом планетарных мотор редукторов компании SEW.

В исполнении со сниженным люфтом выпускаются редукторы следующих Проектирование Монтажные размеры и диапазоны передаточных чисел такие же, как у Значения углового люфта в зависимости от типоразмера редуктора указаны в Практика приводной техники – Проектирование приводов 6.4 Внешние радиальные и осевые нагрузки Дополнительным критерием выбора типоразмера редуктора является величина предполагаемых внешних радиальных и осевых нагрузок. Величина внешних радиальных нагрузок ограничивается прочностью вала и несущей способностью подшипников. Указанные в каталоге максимально допустимые значения всегда относятся к случаю приложения усилия к середине вала в неблагоприятном Точка Если усилие прилагается не в середине вала, то допустимые значения внешних приложения радиальных нагрузок могут быть больше или меньше. Чем ближе к выступу вала усилия находится точка приложения усилия, тем больше величина допустимых внешних радиальных нагрузок, и наоборот. Соответствующие формулы пересчета приводятся в каталоге "Мотор редукторы", гл. "Порядок выбора редуктора".

Точный расчет величины допустимой осевой нагрузки возможен только при Внешняя радиальная нагрузка на выходной вал при передаче усилия через звездочку или шестерню вычисляется по величине вращающего момента на Определение При определении внешней радиальной нагрузки необходимо учитывать внешней коэффициенты запаса fZ. Их величина зависит от используемых передающих радиальной элементов (шестерни, цепи, клиновые, плоские или зубчатые ремни). При нагрузки использовании ременной передачи следует учитывать влияние предварительного натяжения ремня на шкив. Вычисленные с учетом коэффициентов запаса внешние радиальные нагрузки не должны превышать Определение Точка и направление приложения усилия определяются по следующей направления приложения усилия Рис. 27. Определение точки и направления приложения усилия Практика приводной техники – Проектирование приводов 7.1 Основные виды движения В работе всех приводных систем можно выделить два основных вида движения:

Линейное движение (приводы транспортных и Вращательное движение (поворотный стол) подъемных устройств) Уравнения Для линейного и прямолинейного движения действительно:

кинематики Расстояние Скорость Ускорение Расстояние Скорость Ускорение Время Пересчет: Поскольку основа работы любой приводной системы – это вращательное линейное / движение мотор редуктора, необходимо пересчитывать параметры линейного вращательное движения в параметры вращательного, и наоборот.

движение Практика приводной техники – Проектирование приводов 7.2 Моменты инерции Приведение Для правильного расчета условий разгона и торможения привода необходимо внешних учитывать все внешние моменты инерции, приведя их к валу двигателя. При этом моментов согласно закону сохранения энергии все передаточные числа возводятся в Вращательное n= частота вращения с учетом полного передаточного числа (промежуточная передача Таким же образом можно привести к валу двигателя и момент инерции линейно Линейное Вращающиеся Моменты инерции типичных вращающихся тел тела Закон Штейнера Практика приводной техники – Проектирование приводов 7.3 Статическая и динамическая мощность Полная мощность любой приводной системы складывается из статической и динамической мощности. Статическая мощность – это мощность, необходимая расходуемая на ускорение и замедление. Обе эти составляющие в различных Горизонтальное / Это взаимодействие можно пояснить на примере вертикального и вертикальное горизонтального движения:

движение больше мощности, чем транспортное. Кроме того, в приводе подъемного устройства 90% мощности двигателя расходуется на преодоление силы тяжести двигателя расходуется на создание ускоряющей силы (динамическая мощность).

Подъемное Еще один вариант применения – подъемное устройство с противовесом.

устройство При 100% ном равновесии влияние силы тяжести отсутствует, но мощность на с противовесом ускорение удваивается, поскольку удвоилась ускоряемая масса. Тем не менее, полная мощность меньше, чем в случае подъемного устройства без противовеса.

7.4 Силы сопротивления Силы сопротивления – это силы, которые противодействуют движению.

Силы Трение сцепления и трение скольжения статического сопротивления Сила трения Сила тяжести Сила сопротивления качению Сила сопротивления качению складывается из следующих составляющих:

Сила трения качения Сила трения в подшипниках Сила трения в колее Вертикальное подъемное устройство Наклонное подъемное устройство Практика приводной техники – Проектирование приводов динамического сопротивления Линейное движение Вращательное движение 7.5 Вращающий момент движение движение движение движение При расчете статической и динамической мощности эти составляющие общего 7.8 Расчет движения ходового винта вращающий момент Динамический вращающий момент рассчитывается по формулам линейного Практика приводной техники – Проектирование приводов 7.9 Специальные формулы Величина Горизонтальное и вращательное Вертикальное движение вниз Время разгона Время переклю разгона [мм] переключения тормозного Точность Ускорение при разгоне [м/с2] Замедление при переклю чении [м/с2] Замедление жении [м/с2] Количество включений Энергия тормо Срок службы тормоза [ч] Условия По следующим данным необходимо рассчитать параметры асинхронного двигателя с тормозом и цилиндрического редуктора:

Коэффициент трения в подшипниках: (подшипники качения) µL = 0, Привод на 2 колеса. При трогании с места пробуксовка этих колес не допускается.

Практика приводной техники – Проектирование приводов 8.1 Расчет параметров двигателя Для расчета сопротивления качению не существенно, сколько используется Статическая Статическая мощность PS учитывает все силы, действующие при движении без Цилиндрическая КПД редуктора с цилиндрическими или коническими шестернями можно принять и коническая зубчатая КПД червячных редукторов с учетом передаточного числа можно взять из КПД нагрузки КПД нагрузки зависит от вида передающих элементов после редуктора КПД при Значения КПД при наличии обратной нагрузки можно рассчитать по следующей нагрузке Статическая мощность Вычисленная статическая мощность относится к валу двигателя.

Эта мощность – только часть необходимой мощности двигателя, поскольку для приводов горизонтального перемещения определяющей является мощность на Динамическая Динамической называется мощность, расходуемая на ускорение всей системы мощность (нагрузка, передающие элементы, редуктор и двигатель). В нерегулируемых приводах двигатель создает динамический момент, который и ускоряет эту В общем случае моментом инерции передающих элементов и редуктора можно пренебречь. Момент инерции ротора двигателя не известен, так как его параметры еще не определены. Поэтому мощность двигателя можно лишь приблизительно рассчитать по динамической мощности на ускорение нагрузки.

Однако поскольку в приводах обычных транспортных устройств соотношение моментов инерции нагрузки и ротора двигателя очень велико, полная мощность двигателя весьма точно рассчитывается и по уже имеющимся данным. Тем не Полная мощность Значение допустимого ускорения при разгоне aP пока неизвестно и подлежит расчету. Условие расчета этого значения – отсутствие пробуксовки ведущих Практика приводной техники – Проектирование приводов Допустимое Пробуксовка имеет место в том случае, если окружное усилие FU на колесе ускорение при превышает силу трения FR.

Окружное усилие Полная мощность (без учета динамической мощности двигателя) Плавное Пробуксовка ведущих колес при больших ускорениях недопустима. Поэтому ускорение выбирается 2 полюсный двигатель. Соотношение моментов инерции внешней высокой частоты вращения требуется больше энергии. Таким образом, процесс Динамический Для 2 полюсных двигателей этого класса мощности динамический момент MH в момент 2 раза больше номинального момента. Использованное в расчетах значение ускорения является максимально допустимым, поэтому выбираем двигатель, номинальная мощность которого меньше полной мощности Pt, полученной для Проверочный Предыдущие вычисления проводились без учета данных двигателя. Поэтому расчет необходим подробный проверочный расчет с использованием этих данных.

Режим разгона Внешний момент инерции, приведенный к валу двигателя (движение без груза):

Вращающий момент при движении без при движении с Время разгона без груза Ускорение при разгоне без груза Ускорение при разгоне без груза недопустимо большое. Путем повышения момента инерции ротора двигателя (например, установка инерционной крыльчатки) это ускорение можно уменьшить. Однако при этом снижается допустимое количество включений в час. Кроме того, ускорение можно Практика приводной техники – Проектирование приводов Инерционная Повторный проверочный расчет для двигателя с инерционной крыльчаткой крыльчатка Время и ускорение при разгоне без груза Допустимое количество включений в час По следующей формуле можно получить допустимое количество включений за один цикл для комбинации одинакового количества ездок с грузом и без груза:

с грузом и без груза Практика приводной техники – Проектирование приводов торможения Тормозной Ускорение и замедление по абсолютной величине одинаковы. При этом следует момент учитывать, что тормозной момент поддерживается сопротивлением качению и Тормозной момент t2 = t2II = 0,005 с время реакции тормоза при отключении по цепям постоянного и переменного тока (см. каталог "Мотор редукторы", гл. "Порядок выбора трехфазных двигателей").

Энергия Энергия торможения преобразуется в тепловую энергию при трении тормозных торможения накладок и является мерой их износа.

Движение тележки с грузом чередуется с ее движением без груза, поэтому для расчета срока службы тормоза берется среднее значение энергии необходима, как минимум, регулировка тормоза и проверка тормозного диска.

8.2 Расчет параметров редуктора выходного вала Передаточное число Практика приводной техники – Проектирование приводов Эксплуатационный Для эксплуатации 8 часов в сутки при 150 ездках в час (т. е. 300 процессов коэффициент разгона и торможения в час) по диаграмме "Необходимый эксплуатационный коэффициент fB" в главе "Редукторы" определяем эксплуатационный При коэффициенте инерции > 20, что для транспортных устройств не редкость, Базовая Базовой величиной для расчета параметров редуктора всегда является величина номинальная мощность двигателя.

номинальной мощности двигателя), эксплуатационный коэффициент fB Эксплуатационный 8.3 Привод транспортного устройства с 2 скоростным двигателем Предположим, что транспортное устройство из предыдущего примера перемещается в режиме наладки со скоростью, меньшей в 4 раза (8/2 полюсный Замедление при Порядок действий такой же, как и в предыдущем примере расчета, однако для переключении двигателей с переключением числа полюсов критичным фактором является не ускорение при разгоне, а замедление при переключении с высокой частоты вращения на низкую. Вращающий момент такого двигателя при переключении пар полюсов приблизительно в 2,5 раза больше динамического момента при Динамический момент обмотки низкой скорости для двигателей предполагаемого диапазона мощности приблизительно в 1,7 раза больше их номинального момента. Поэтому ожидаемый момент при переключении пар Выбор Поэтому сначала выбирается двигатель, номинальная мощность которого при двигателя работе на 8 полюсной обмотке в 4,25 раза меньше динамической мощности, рассчитанной по нагрузке с учетом допустимого ускорения.

Динамическая Полная мощность Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета привода транспортного устройства Номинальный момент двигателя в режиме 2 полюсной обмотки Замедление при Решающим фактором для двигателей с переключением числа полюсов является переключении замедление при переключении:

переключении пар При переключении без нагрузки это значение составляет 1,22 м/с2. Однако по результатам вычислений в предыдущем примере максимально допустимым ускорением является aP = 0,74 м/с2. Следовательно, необходимо оптимизировать процесс переключения. Рассмотрим два возможных решения Инерционная Такая крыльчатка за счет своей большой инерционной массы увеличивает время крыльчатка переключения. Однако при этом существенно снижается допустимое количество Устройство Устройство WPU обеспечивает снижение момента при переключении пар плавного полюсов (приблизительно на 50 %) за счет 2 фазного переключения. Третья переключения фаза подключается автоматически.

числа полюсов Поскольку снижение количества включений нежелательно, принимаем решение (WPU) в пользу устройства WPU. В критических условиях возможно использование включений при движении с грузом Практика приводной техники – Проектирование приводов Дополнительный Кроме того, из за дополнительного нагрева обмоток при переключении нагрев при необходимо ввести в расчет коэффициент 0,7. С учетом этого привод будет переключении способен перемещать полностью загруженную тележку с количеством Допустимое количество включений повышается, если использовать двигатель Еще один способ повышения допустимого количества включений – это запуск на Однако при этом возникает дополнительный толчок нагрузки, в некоторых случаях нежелательный. Кроме того, увеличивается длительность цикла.

Количество В одном направлении тележка движется с грузом, обратно – без груза.

включений В результате расчета допустимое количество включений для движения с грузом за несколько составило 126 вкл/ч. Теперь по тем же формулам, но с учетом отсутствия груза циклов можно рассчитать количество включений для тележки в незагруженном Чтобы выразить это в количестве циклов, необходимо вычислить среднее включений в час Более 2 При более сложном характере нагрузки (более 2 различных вариантов) нагрузки количество включений без нагрузки.

Предположение: транспортное устройство движется по наклонной плоскости.

Количество Значения выбраны произвольно.

включений для отдельных ездок включений Количество Допустимое количество включений двигателя без нагрузки по каталогу: 1200 вкл/ч.

включений Сначала вычислим, сколько включений без нагрузки соответствует одному без нагрузки включению с нагрузкой для каждого режима движения.

Таким образом Из допустимых для ненагруженного двигателя 1200 включений в час за один Следовательно, количество циклов движения за один час составляет Практика приводной техники – Проектирование приводов Расчет точности Эти вычисления относятся к режиму движения с грузом, поскольку в этом случае остановки тормозной путь больше, а значит, и точность остановки ниже, чем при движении Тормозной Тормозной момент, как и в предыдущем примере, принимается за 2,5 Нм.

Время торможения Длина тормозного t2 = t2II = 0,005 с время реакции тормоза при отключении по цепям постоянного и переменного тока.

8.4 Привод транспортного устройства с преобразователем частоты Условия Тележка с собственной массой m0 = 500 кг перемещает груз массой mL = 5 т на За величину ускорения принимается a = 0,5 м/с. Кроме того, после торможения для повышения точности остановки необходимо позиционирование в течение 0,5 с.

Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета привода транспортного устройства Оптимизация диаграммы рабочего цикла Время позицио Даже если пренебречь временем позиционирования, результат получается нирования достаточно точным.

переключения Время движения с Практика приводной техники – Проектирование приводов мощности Динамическая мощность без учета момента инерции ротора двигателя для Полная мощность без учета мощности на ускорение ротора двигателя, которая Поскольку для ускорения привода преобразователь частоты способен выдавать ток величиной в 150 % от номинального, выбираем двигатель мощностью 2,2 кВт.

Мощность на ускорение Динамический Динамический Номинальный Отношение MH / MN В нижнем диапазоне частоты вращения (< 25 % от номинальной) создаваемый двигателем вращающий момент не пропорционален току двигателя, поэтому при токе двигателя 150 % от номинального (с соответствующим преобразователем) В нашем примере расчета требуется 132 % MN, что является допустимым.

Практика приводной техники – Проектирование приводов Диапазон регулирования Диапазон Если двигатель работает на частоте выше базовой f1 (в так называемом ослабления поля диапазоне ослабления поля), то необходимо, чтобы не только номинальный опрокидывающий момент (снижающийся обратно пропорционально квадрату Сниженная В двигателях с самоохлаждением при работе на сниженной частоте вращения частота тепло от нагревающихся обмоток отводится не полностью из за низкой скорости вращения вращения крыльчатки. В этом случае решающим фактором для правильного в диапазоне выбора параметров является точное знание максимальной продолжительности постоянного включения и вращающего момента нагрузки в данном диапазоне. В большинстве вращающего случаев приходится использовать принудительное охлаждение или выбирать момента двигатель большего типоразмера (поверхность больше – отвод тепла лучше).

Рекомендации • Температурный класс изоляции не ниже F по выбору • Оснащение двигателя датчиком температуры (TF) или биметаллическими в диапазоне регулирования Соответствующие подробные инструкции по проектированию содержатся в документации "Drive Engineering – Practical Implementation. Project Planning with Frequency Inverters" ("Практика приводной техники. Проектирование приводов Диапазон При быстром обратном движении нагрузка на привод очень мала, поэтому ослабления поля двигатель работает в диапазоне ослабления поля с частотой 100 Гц. Это требует При работе с частотой 100 Гц Номинальный Опрокидывающий ускорение и КПД составляет 0,22 Нм + 1,5 Нм = 1,72 Нм. Следовательно, работа Частотная Если использовать частотную характеристику 87 Гц, то для привода из характеристика предыдущего примера можно выбрать двигатель на один типоразмер меньше.

87 Гц При использовании частотной характеристики 87 Гц этот двигатель в комбинации с преобразователем на 2,2 кВт в продолжительном режиме работы Момент нагрузки при новой номинальной частоте вращения nN = 2440 об/мин Динамический Отношение MH / MN Эксплуатация с частотной характеристикой 87 Гц допускается.

Практика приводной техники – Проектирование приводов Регулирование Оптимизация параметров двигателя переменного тока, работающего от частоты преобразователя частоты, обеспечивается функцией "Регулирование частоты • За счет регулирования частоты достигаются следующие параметры привода:

При соответствующем подборе преобразователя двигатель может на короткое время создавать вращающий момент, который превышает опрокидывающий момент этого же двигателя, работающего непосредственно от сети.

Максимальные динамические показатели достигаются в том случае, если Режим Функция "синхронного управления" позволяет группе асинхронных двигателей синхронного работать в режиме угловой синхронизации друг с другом или в режиме управления регулируемого пропорционального соотношения.

"Летучая пила" Непрерывно движущаяся пластмассовая заготовка нарезается на бруски длиной Для упрощения расчетов возьмем тот же диаметр звездочки (215 мм). Привод конвейера R63 DT71D4 (i = 42,98) работает от преобразователя на частоте 30 Гц.

Пояснение Частота 30 Гц для привода конвейера выбрана для того, чтобы пила при таком же передаточном числе редуктора могла быстро догонять конвейер. Но такое решение задачи – не единственное. Если выбран редуктор с другим передаточным числом, то необходимое согласование можно запрограммировать действия заготовки, привод пилы на ограниченное время переходит в автономный режим.

Однако отсчет расстояния между осями этих приводов продолжается. Кроме того, можно запрограммировать так называемый счетчик ведомого. Этот счетчик по заданному числу импульсов рассчитывает новую точку отсчета, смещенную от предыдущей точно на длину отрезаемого бруска.

Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета привода транспортного устройства Автономный режим используется приводом пилы для возврата в исходное положение. Установленный там оптический датчик заканчивает автономный режим двоичным сигналом на регулятор синхронного управления. Привод пилы выходит в новую точку отсчета. По программируемому сигналу выходного реле в преобразователе ("Ведомый в позиции") активизируется процесс резки.

Частота По уже известным формулам (см. "Формулы приводной техники") получаем, преобразователя что соответствует следующей частоте на выходе преобразователя:

Временная Это означает, что можно использовать такой же привод, что и для конвейера диаграмма подачи заготовки, но в режиме частотной характеристики 87 Гц. Расчет движения мощности выполняется аналогично вычислениям в предыдущих примерах.

В процессе сокращения отставания, занимающем около 1 секунды, привод работает на частоте fмакс от преобразователя. Величина ускорения определяется установленным коэффициентом регулирования KP. После этого остается еще 2 секунды на резку, что означает наличие некоторого резерва.

Как видно из временной диаграммы движения, выбор параметров при проектировании должен обеспечивать минимальный интервал между завершением обратного хода пилы и началом процесса резки, с тем чтобы участок сокращения отставания не был слишком большим.

Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета привода подъемного устройства 9 Пример расчета привода подъемного устройства Условия Основную часть своего вращающего момента приводы подъемных устройств расходуют уже в режиме движения без ускорения (квазистационарный режим).

Поэтому для ускорения масс необходима лишь небольшая составляющая вращающего момента (исключение: подъемное устройство с противовесом).

Используется двигатель с переключением числа полюсов и отношением низкой 9.1 Двигатель с переключением числа полюсов Мощность выбираемого двигателя должна быть больше вычисленной статической мощности (в квазистационарном режиме).

Двигатель выбирается по потреблению мощности при наибольшей скорости.

Отношение частот вращения 1:4 оптимально для 8/2 полюсного двигателя.

Выбранный DT100LS8/2 /BMG момент двигателя Нагрузка содействует работе двигателя при движении вниз и противодействует при движении вверх. Поэтому используемые ниже формулы расчета движения вверх и вниз имеют некоторые различия (гл. "Формулы приводной техники").

Практика приводной техники – Проектирование приводов Параметры При расчете параметров торможения необходимо учитывать изменение частоты торможения вращения, возникающее из за запаздывания. Это запаздывание обусловлено наличием паузы между отключением двигателя и наложением тормоза.

Изменение частоты запаздывание Замедление при Длина тормозного Коэффициент зависимости от продолжительности включения (ПВ) Практика приводной техники – Проектирование приводов Вниз Поскольку двигатель находится в генераторном режиме, в расчетах движения вниз используются значения синхронной частоты вращения двигателя 3000 об/мин Длина пути разгона Длина тормозного Коэффициент зависимости от продолжительности включения (ПВ) Допустимое число циклов ZC рассчитывается следующим образом:

Дополнительный нагрев при переключении с высокой частоты вращения на низкую сокращает допустимое количество включений в зависимости от типа Условия Привод подъемного устройства управляется преобразователем частоты.

Практика приводной техники – Проектирование приводов Статическая Мощность выбираемого двигателя должна быть больше вычисленной мощность статической мощности (в квазистационарном режиме).

преобразователем частоты за максимальную частоту следует обязательно принимать 70 Гц. Если привод достигает максимальной скорости при 70 Гц вместо 50 Гц, то передаточное число редуктора, а значит и создаваемый вращающий момент, становится больше в 1,4 (70/50) раза. Если теперь установить базовую частоту на 50 Гц, то при таком расчете вращающий момент на выходном валу в диапазоне до базовой частоты увеличивается в 1,4 раза и затем в диапазоне до 70 Гц снижается до номинального значения. Такая настройка параметров обеспечивает резерв вращающего момента в 40 % в диапазоне до базовой частоты. Этим обеспечивается увеличенный пусковой момент и повышенная надежность подъемного устройства.

Определение При том условии, что динамическая мощность привода подъемных устройств без параметров противовеса относительно мала (< 20 % от статической мощности), достаточно двигателя определить статическую мощность двигателя PS.

мощность Номинальная мощность двигателя PN = 2,2 кВт Тепловой режим Чтобы обеспечить стабильный тепловой режим и оптимальное намагничивание, рекомендуется для привода подъемных устройств выбирать двигатель на 1 типоразмер больше. Это необходимо особенно в том случае, если статическая мощность близка к номинальной мощности двигателя. В данном примере этот интервал достаточно велик, так что выбор двигателя большего типоразмера не Выбор С учетом вышеизложенного выбираем двигатель:

двигателя Динамический Динамический времени разгона Очевидно, что для приводов подъемных устройств динамический момент достаточно мал по сравнению со статическим моментом нагрузки.

Как уже упоминалось, динамический момент должен быть меньше, чем 130 % номинального момента, обеспечиваемого преобразователем и рассчитанного по Отношение MH / MN различных При этом следует учитывать направление действия нагрузки и направление режимах работы движения (вверх/вниз)!

Практика приводной техники – Проектирование приводов Тормозные Для определения необходимой номинальной мощности тормозного резистора резисторы следует подробнее рассмотреть рабочий цикл привода.

Средняя Заштрихованные площади соответствуют торможению в генераторном режиме.

мощность Продолжительность включения тормозного резистора рассчитывается по торможения базовой продолжительности рабочего цикла 120 с. В нашем случае базовой продолжительности. Таким образом, продолжительность его включения составляет 23 %. Средняя мощность торможения рассчитывается по значениям Промежуточный расчет выполняется в соответствии с диаграммой (см. рисунок):

Практика приводной техники – Проектирование приводов Максимальная Максимальная мощность торможения составляет Pмакс = 1,5 кВт. Это значение мощность не должно превышать табличного значения для выбранного тормозного Для преобразователя частоты MOVITRAC® 31C022, используемого в комбинации с двигателем мощностью 2,2 кВт, таблица параметров тормозных Выдержка из таблицы "Тормозные резисторы BW... для MOVITRAC® 31C... 503" 1) Продолжительность включения тормозного резистора относительно базовой продолжительности Прочие технические данные и инструкции по выбору тормозных резисторов при проектировании содержатся в каталоге "Преобразователи частоты MOVITRAC® 31C" и в документации "Drive Engineering – Practical Implementation. Project Planning with Frequency Inverters" ("Практика приводной техники. Проектирование приводов с Преимущества Если сравнивать привод, регулируемый по частоте, и двигатель с преобразователя переключением числа полюсов, то очевидны следующие преимущества работы преобразователем частоты Условия Цепной конвейер подает деревянные ящики вверх по наклонной плоскости под углом = 5° со скоростью 0,5 м/с. На конвейере помещается не более 4 ящиков по 500 кг каждый. Собственная масса конвейерной цепи составляет 300 кг.

Заданный коэффициент трения между цепью и подкладкой составляет µ = 0,2.

В конце цепного конвейера установлен механический упор, который выравнивает ящики перед сталкиванием их на второй конвейер. При этом цепь под деревянным ящиком проскальзывает с коэффициентом трения µ = 0,7.

Используется червячный мотор редуктор, регулируемый по частоте в диапазоне Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета привода цепного конвейера с преобразователем 10.1 Расчет параметров двигателя Силы сопротивления Описание Подъем груза с учетом силы трения, направленной вверх! Сила тяжести Выравнивание Скольжение (пара "ящик цепь") по наклонной плоскости, сила трения КПД червячного КПД червячного редуктора зависит от передаточного числа и может быть самым редуктора различным. Поэтому на данном этапе расчета, когда необходимый вращающий момент и передаточное число еще не определены, рекомендуется принять КПД Поскольку цепной конвейер эксплуатируется в продолжительном режиме, следует выбрать двигатель, номинальная мощность которого больше максимальной статической мощности. В кратковременном режиме, как правило, можно использовать и менее мощный двигатель. Однако при этом потребуется дополнительный проверочный расчет теплового режима (выполняется Выбор С учетом вышеизложенного выбираем двигатель:

Внешний момент Динамический С учетом заданного ускорения 0,25 м/с2 получаем время разгона tA = 2 с.

Это значение динамического момента рассчитано для самых неблагоприятных Номинальный Как уже упоминалось, динамический момент должен быть меньше, чем 130 % момент номинального момента, обеспечиваемого преобразователем и рассчитанного по Отношение MH / MN Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета привода цепного конвейера с преобразователем 10.2 Расчет параметров редуктора Частота вращения Эксплуатационный Для эксплуатации 16 часов в сутки при 10 включениях в час определяем коэффициент эксплуатационный коэффициент (гл. "Редукторы", диаграмма "Необходимый Выбор редуктора В данном случае можно выбрать редуктор S97 с na = 39 об/мин, Maмакс = 3300 Нм Проверка КПД В каталоге "Мотор редукторы" для этого редуктора указан КПД = 86 %.

проверить, будет ли достаточным использование менее мощного привода.

Номинальная мощность двигателя, меньшего на один типоразмер, составляет Выбранный Таким образом, выбран привод: S97 DV132M 4 BMG.

с преобразователем частоты Условия По звеньям роликового конвейера подаются стальные плиты. Размеры каждой плиты 3000 x 1000 x 100 мм. Каждое звено конвейера имеет 8 стальных роликов диаметром 89 мм и длиной 1500 мм. Приводы всех 3 звеньев работают от одного преобразователя частоты. Звездочки цепной передачи имеют 13 зубьев и Максимальная скорость 0,5 м/с, максимально допустимое ускорение 0,5 м/с2.

Рис. 38. Роликовый конвейер с многодвигательным приводом Практика приводной техники – Проектирование приводов 11.3 Расчет параметров двигателя сопротивления Сила сопротивления качению рассчитывается так же, как и для привода качению транспортного устройства. Значения "c" и "f" можно взять из таблицы в Статическая Существенное значение в этом случае имеет КПД.