В машиностроении применяют асинхронные электродвига­тели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором, которые непосред­ственно включаются в сеть. Их преимущества: простота конструкции, сравнительно низкая стоимость, простота обслуживания и надежность. Недостатки: меньшие КПД и cos  относительно синхронных электро­двигателей; ограниченная возможность регулирования по сравнению с электродвигателями постоянного тока и асинхронными электро­двигателями с фазовым ротором, имеющих контакты для включения реостата в цепь ротора.

Синхронная частота вращения соответствует холостому ходу. Под нагрузкой частота вращения электродвигателя уменьшается.

Номинальному (паспортному) режиму эксплуатации электродвига­теля соответствует номинальная частота n _НОМ и номинальная мощность Р_НОМ. В этом режиме электродвигатель работает длительное время без перегрева и КПД близок к максимальному. Момент, соответствующий P_НОМ, является номинальным – Т_НОМ.

В каталоге указывается также отношение Т_МАХ /Т_НОМ, Т _ПУСК/T_НОМ. При пуске (n = 0) двигатель развивает момент T _ПУСК. В процессе разгона электродвигателя вращающий момент первоначально возрастает до T_MAX (при n_KP), а затем снижается до момента T _НОМ (при  n _НОМ). Участок харак­теристики от Т = 0 (холостой ход) до T _МАХ близок к прямолинейному, т.е. момент в указанных пределах пропорционален скольжению, однако благодаря «жесткости» механической характеристики значительное изменение нагрузки вызывает несущественное изменение частоты вращения.

В каталоге указывается номинальная частота вращения n _НОМ, мин^-1, принимаемая за расчетную, например, при определении общего пере­даточного отношения механизма. Если электродвигатель работает при установившемся режиме (n _НОМ и T _НОМ), а затем подвергается перегрузке, его частота вращения падает. При этом должно быть обеспечено даже для кратковременного момента перегрузки T _ПУСК  T _МАХ. Поэтому частота вращения, соответствующая T _МАХ , является критической п_КР. Следовательно, при выборе электродвигателя необходимо согласовать его характеристику с режимом нагрузки механизма. Например, для конвейеров указывается характер нагрузки и отношение (Т_ПУСК / Т_НОМ) (Т_МАХ/T_НОМ).

Если это условие не соблюдается для данного типа электродвигателя, необходимо выбрать другой тип или предусмотреть в системе привода устройство, позволяющее разгонять электродвигатель вхолостую, а затем плавно включать нагрузку, например, с помощью фрикционной управ­ляемой муфты.

Длительный режим работы характеризуется его продолжительностью, достаточной для того, чтобы температура нагрева двигателя достигала установившегося значения.

Большинство технологических машин, следовательно, и их приводы работают в условиях переменных режимов нагружения, которые опре­деляются циклограммой, т.е. графиком изменения вращающего момента во времени.

Исследованием установлено, что при всем многообразии циклограмм моментов их можно приближенно свести к шести стандартным типовым режимам нагружения.

0 — постоянный режим  нагружения, характерен для машин, которые работают с отклонениями от номинального режима до 20%. Он является наиболее тяжелым.

1-й — тяжёлый режим  нагружения, характерен для машин, которые работают большую часть времени с нагрузками, близкими к номинальным, например, для горных машин.

11 — средний  равновероятный режим  нагружения, характерен для машин, которые работают одинаковое время со всеми значениями нагрузки, например, для транспортных машин.

111 — средний нормальный режим нагружения, характерен для машин, которые работают большую часть времени со средними нагрузками, например, для достаточно интенсивно эксплуатируемых машин. 

1 V — лёгкий режим нагружения, характерен для машин, которые работают большую часть времени с нагрузками ниже средних, например, для широко универсальных станков.

V — особо лёгкий режим нагружения, характерен для машин, которые большую часть времени работают с малыми нагрузками, например, для металлорежущих станков. 

Сведения о режимах наружения используют при проектировании зубчатых передач на выносливость (глава 4) согласно табл. 1.4.

Таблица 1.4

Коэффициенты для вычисления эквивалентного числа циклов

Номер режима	KHE	KFE
0 1 2 3 4 5	1 0,500 0,250 0,180 0,125 0,063	1 0,300/0,200 0,143/0,100 0,065/0,036 0,038/0,016 0,013/0,004

Числитель для зубчатых колес с однородной структурой, включая ТВЧ со сквозной закалкой, и для шлифованной переходной поверхности независимо от твёрдости. Знаменатель для зубчатых колёс азотированных, цементированных и нитроцементированных с нешлифованной переходной поверхностью.

При выборе электродвигателя учитывают ряд требований, обусловлен­ных условиями и режимом работы привода: частотой вращения выход­ного вала, состоянием окружающей среды; типом передаточного меха­низма и т.д. Критериями оценки оптимальности выбора электродвигателей служат надежность и экономичность электромеханической системы, КПД, габариты и масса двигателя, его динамические характеристики.

В рамках учебного курсового проектирования эта задача решается ограниченно и заключается в подборе типоразмера по каталогу с учетом его механической характеристики.

Для определения мощности электродвигателя Р_ЭД и частоты враще­ния его ротора n _ЭД  в техническом задании должны быть указаны мощ­ность на выходе Р_ВЫХ  и частота вращения выходного (тихоходного) вала привода n _ВЫХ. В зависимости от сложности учебной задачи указывают синхронную частоту вращения вала электродвигателя n _ЭДС или проекти­ровщик (студент), исходя из кинематических возможностей привода, сам выбирает требуемую реальную частоту вращения ротора электродви­гателя n _ЭДР .

При проектировании привода требуемая мощность электродвигателя определяется по мощности на тихоходном (выходном) валу. Если значение момента и частоты вращения (T = const и п = const), то требуемая мощность P _ЭД определяется зависимостью:

                                        P _ЭД = Р _BM / _об,                                            (1.19)

где _об — общий КПД привода;

Р_ВМ  — мощность на выходном валу.

 Основные параметры асинхронных короткозамкнутых электродвигателей трехфазной серии А4 приведены в приложении (табл. П.1).

При выборе электродвигателя следует учитывать следующие положе­ния.

Чем ниже частота вращения вала электродвигателя, тем больше его размеры, масса и стоимость. Высокооборотные двигатели, напротив, имеют меньшие размеры, массу, стоимость, чем тихоходные той же мощности. Поэтому применение тихоходного двигателя с п_с = 750 мин^-1 возможно при достаточном обосновании.

 Следует также учитывать, что допустимая перегрузка не  должна превышать 8% при постоянной и 12% при переменной нагрузке;  допустимая недогрузка - 20%.

Пример. Выбрать электродвигатель к кормоприготовительной машине (рис. 1.3), выполнить кинематический расчет и определить моменты вращения на валах.

Исходные данные мощность на рабочем валу машины Р = 1,5 кВт, частота вращения рабочего вала п_р = 30 мин^-1, синхронная частота вращения вала электродвигателя n_сэд = 3000 мин^-1, режим нагружения — 5 (легкий).

1 — электродвигатель, 2 — муфта упругая; 3 — червячный редуктор; 4 — цепная передача; 5 — рабочий вал со спиральными лопастями; 6 — чан

Решение. 1 Определяем предварительное значение КПД привода.

_об = _{12 23 м n}³ = 0,78×0,94×0,98×0,99³ = 0,71.

Значения  отдельных звеньев приняты по табл. 1.1; КПД червячной передачи (при двухзаходном червяке) ₁₂ = 0,78; КПД цепной передачи     ₂₃ = 0,94; КПД  муфты _м = 0,98; КПД одной пары подшипников _п = 0,99 (в нашем случае — три пары).

2 Определяем требуемую мощность на ведущем валу привода Р':

                      P ^’ = P / _об = 1,5 / 0,71 = 2,1 кВт.

При заданном режиме нагрузки механизма принимаем по табл. П.1, исходя из заданной синхронной частоты вращения (n_сэд = 3000 мин^-1), электродвигатель серии A4 типа М80В2У3 с номинальной мощностью P_эд = 2,2 кВт, асинхронной частотой вращения вала n_НОМ = 2850 мин^-1; диаметр выступающего конца вала d ₁ = 22 мм (потребуется при подборе муфты).

3 Определяем общее передаточное число привода и разбиваем его по ступеням:

                          u _об = n _ном / n_p =2850/30 = 95 

Так как u_об = и₁₂ u₂₃, редуктор должен иметь стандартное передаточное значение (ГОСТ 2144–76), а привод в целом — компактные размеры, принимаем (табл. 5.4) u ₁₂ = 28, тогда передаточное число цепной передачи:

u ₂₃ = u _об/u₁₂ = 94/28 = 3,36.

4 Определяем частоты вращения (угловые скорости) валов привода:

n₁ =n _ном = 2850 мин^-1; ₁ = n₁ / 30 =3,14×2850/30 = 298,3 c^-1;

n₂ =n₁ / и ₁₂ = 2850/20 =142,5 мин^-1; = n₂/30=3,14×100,7/30=10,54 c^-1;

n₃ =n₂/и₂₃=100,7/3,36 = 29,97 мин^-1; = n₃/30=3,14×29,97/30=3,14 c^-1.

5 Определяем моменты вращения на валах

T₁ =P₁/ ₁= 2,1×10³/ 298,3 = 7,04 Н∙м;

P₂ = P₁× _м× ₁₂× =2,1×0,98× 0,78×0,99² = 1,57 кВт;

T ₂ = Р₂ / ₂ =1,57×10³/10,5 = 149,52 Н∙м;

Т₃ = Р₃ / ₃ =2,1×10³/3,13 = 668,79 Н∙м.

Вопросы для самоконтроля

1 Раскройте содержание рис. 1.3.

2 Дайте определение понятию «привод».

3 Для каких функций существуют в машинах передачи?

4 Напишите формулы основных параметров простейшей механической передачи.

5 Какие электродвигатели наиболее распространены в приводах технологических машин, раскройте их основные характеристики.

6 Изложите порядок выбора электродвигателя при проектировании привода.