В технологических процессах широко используют электронагрев сопротивлением, при котором электрическая энергия преобразуется в тепловую непосредственно в проводящей среде или проводнике, включённых в цепь электрического тока.

В электротермических установках низкотемпературного нагрева (до 673…873 К) теплообмен происходит в основном за счёт теплопроводности и конвекции. Такие установки применяют для нагрева воздуха, воды, для сушки сельско-хозяйственных материалов и других процессов.

Электротермические установки средне - и высокотемпературного нагрева используют для закалки, отжига, термической обработки металлов и т.д. В этих установках температура нагреваемого материала или среды может достигать 1473…1523 К, а процессы теплообмена осуществляются за счёт конвекции и излучения.

Количество теплоты, выделенное в любом проводнике или среде, зависит от квадрата силы тока I, сопротивления материала R и времени нагрева ф и определяется по закону Джоуля-Ленца:

Электронагрев сопротивлением - наиболее простой и экономичный способ преобразования электрической энергии в тепловую. По виду нагрева различают прямой и косвенный.

Прямой нагрев сопротивлением применяют для электропроводящих сред и материалов. Нагрев осуществляется за счёт прохождения электрического тока непосредственно через нагреваемую среду или материал (деталь).

Прямой нагрев сопротивлением металлических тел называют электроконтактным, а проводящих материалов, обладающих ионной проводимостью - электродным.

Косвенный нагрев сопротивлением используют для проводящих и непроводящих материалов. При этом он осуществляется за счёт теплопроводности, конвекции и излучения от специальных нагреваемых элементов при протекании по ним электрического тока.

Задание 2. Для графика нагрузки выбрать по мощности асинхронный двигатель. Исходные данные приведены в таблице 1

Таблица 1

Рисунок 1 - График нагрузки

Решение

Определим эквивалентную мощность:

Выбираем двигатель, по каталогу, исходя из условия:

По справочнику выбираем асинхронный двигатель АИР225M8 со следующими параметрами: P_н = 30 кВт, n_н = 735 об/мин, з_н = 91 %, cosц = 0,79, M_мах/M_н = 2,0, M_п/M_н = 1,9.

Номинальный момент выбранного двигателя:

Определим момент развиваемый нагрузкой:

Максимальный момент:

Пусковой момент:

Выбранный двигатель проверяем по следующим условиям:

По нагреву:

Условие не выполняется. Принимаем другой электродвигатель на одну ступень больше по номинальной мощности.

По справочнику выбираем асинхронный двигатель АИР250S8 со следующими параметрами:

P_н = 37 кВт, n_н = 740 об/мин, з_н = 92,5%,

cosц = 0,78, M_мах/M_н = 2,0, M_п/M_н = 1,9.

Номинальный момент выбранного двигателя:

Максимальный момент:

Пусковой момент:

Выбранный двигатель проверяем по следующим условиям:

По нагреву:

Условие выполняется.

По пусковому моменту:

Условие выполняется.

По перегрузочной способности:

Условие выполняется.

Выбранный двигатель пригоден для работы.

Задание 3. Рассчитайте и постройте механическую характеристику для электродвигателя, выбранного в задании 2

Задание 4. В каких случаях в качестве электропривода компрессора возможно применение синхронного двигателя? Опишите преимущества и недостатки синхронного двигателя по сравнению с асинхронным с короткозамкнутым ротором

Обмотки статора обоих двигателей получают питание от сети трехфазного переменного тока. Для питания обмотки возбуждения синхронного двигателя требуется, кроме того, источник электрической энергии постоянного тока, правда, относительно небольшой мощности.

Асинхронный пуск синхронных двигателей несколько сложнее пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. В отношении пусковых свойств асинхронные двигатели с фазным ротором имеют весьма существенные преимущества перед синхронными двигателями.

Частота вращения синхронных двигателей остается постоянной при изменении нагрузки, тогда как у асинхронных двигателей даже при их работе на естественной характеристике она несколько изменяется.

Асинхронные двигатели дают возможность регулировать частоту вращения различными способами, в то время как синхронные двигатели относятся к двигателям с нерегулируемой частотой вращения.

Воздействуя на ток возбуждения синхронного двигателя, можно в широких пределах изменять его коэффициент мощности. Можно заставить синхронный двигатель работать с cos ц = 1, а также с опережающим током. Последнее может быть использовано для улучшения коэффициента мощности других потребителей, питающихся от той же сети. Асинхронный двигатель представлет собой активно-индуктивную нагрузку, cos ц < 1.

Из-за малых потерь мощности в роторе, а также в обмотке статора при работе с высоким cos ц КПД синхронных двигателей оказывается больше, а масса и габаритные размеры меньше, чем у асинхронных двигателей.

Учитывая указанные достоинства синхронных двигателей, стараются везде, где это возможно, вместо асинхронных двигателей применять синхронные. Они применяются обычно в установках средней и большой мощности (при Р ? 100 кВт) при редких пусках, в случаях, когда не требуется электрического регулирования частоты вращения.

Синхронные двигатели используются для питания потребителей, не влияющих на немедленное прекращение технологического процесса: для привода компрессоров, насосов, вентиляторов, мельниц, дробилок. Перечисленные механизмы обычно имеют промежуточные бункеры топлива и запасы перекачиваемого рабочего тела в ресиверах. Пуск двигателя асинхронный прямой при номинальном напряжении сети с включением в цепь обмотки возбуждения разрядного сопротивления. Двигатель допускает два пуска подряд из холодного состояния или один пуск из горячего. Возбуждение двигателя осуществляется от тиристорных возбудителей. Частота вращения таких электродвигателей находится в пределах 100 - 150 об/мин, на которые асинхронные двигатели не выпускаются.

Задание 5. Перечислите достоинства и недостатки гидравлических и пневматических систем автоматизации металлообрабатывающих станков. Как связывается электрическое и гидравлическое управление?

В современных металлообрабатывающих станках используют различные типы приводов (электрические, пневматические, гидравлические или комбинированные), применение которых зависит от многих факторов: назначения и технических требований к изготовляемым деталям, разновидности обрабатываемого материала, структуры принятого технологического процесса обработки, вида и типа производства, фактического уровня его развития и т.п.

В пневматических приводах используют двигатели, в которых механическое движение получается за счет использования энергии сжатого воздуха. Наиболее распространенный пневмодвигатель поступательного движения - пневмоцилиндр, отличающийся простотой конструкции, невысокой стоимостью и достаточной надежностью. Ограничением для применения пневмоприводов является использование в качестве рабочей среды сжатого воздуха. Из-за значительной сжимаемости воздуха затруднено регулирование и поддержание заданной скорости движения, получение равномерного движения рабочего органа при малых скоростях перемещения. Наибольшее распространение получили пневмоприводы, работающие при давлении около 0,4-0,6 МПа. Поэтому увеличение получаемых усилий возможно только за счет увеличения размеров пневмоцилиндров, что затрудняет их использование в конструкции станка. Указанные особенности пневмопривода определили область его наиболее рационального применения в станках - выполнение вспомогательных перемещений, а в промышленных роботах - рабочих перемещений узлов. В некоторых случаях используют и системы управления станками, построенные на пневматических логических элементах.

В гидравлических приводах для получения механического движения используют давление жидкости. Высокая подвижность и малая сжимаемость жидкостей позволяют с помощью простого по конструкции двигателя поступательного движения - гидроцилиндра - выполнить практически все требования, предъявляемые к движению рабочих органов в станках: по скорости, равномерности движения, усилиям, частоте переключений и др. Рабочие давления жидкости в гидроприводах станков значительно выше, чем давление сжатого воздуха в пневмоприводах, поэтому габаритные размеры гидравлических исполнительных механизмов соответственно меньше, чем пневматических, и они легче встраиваются в станок. Гидравлические двигатели вращательного движения также имеют меньшие размеры и массу на единицу мощности по сравнению с электродвигателями. Гидравлический привод удобно сочетается с другими типами приводов, электронными системами управления станками, а также имеет и другие преимущества, благодаря которым гидропривод является эффективным средством автоматизации станков и устройств, способствующих их более эффективному использованию (промышленных роботов, автоматизированных магазинов инструментов и складов продукции, устройств контроля размеров заготовок, деталей и др.).

Гидравлические и пневматические системы имеют целый ряд преимуществ перед механическими: быстроту срабатывания (пневматические системы); возможность передачи значительных мощностей по трубопроводам небольших диаметров и получения больших выходных усилий; простоту, компактность и малую металлоемкость конструкций систем; возможность использования нормализованных покупных узлов и деталей при проектировании и изготовлении систем; плавность хода рабочих органов (гидравлические системы); простоту управления работой механизмов и обеспечение бесступенчатого регулирования скорости движения исполнительных органов; возможность размещения систем как в машине, так и за ее пределами; надежность и долговечность систем.

Серьезным недостатком гидравлических и пневматических систем является их чувствительность к загрязнению рабочих жидкостей и газов инородными телами.

Современные электрогидравлические приводы - изделия высоких технологий. Они сочетают в себе силовые и динамические свойства гидроприводов с постоянно расширяющимися возможностями микроэлектроники.

Электрическое управление параметрами гидропривода позволяет оптимизировать гидросистемы по критериям энергетических потерь и качества переходных процессов, осуществлять микропроцессорное и адаптивное управление гидрофицированными установками. При этом существенно улучшаются компоновочные решения за счет сокращения количества гидроаппаратов, трубопроводов и соединений.

Список использованной литературы