Электропривод вентиляционной установки 2 (стр. 3 из 7)
N Э =
,где
― коэффициент запаса, зависящий от мощности ( 
) и типа вентилятора [Приложение №8]; 
― КПД привода; 
― КПД подшипников вентилятора [5].Т.к. планируем вентилятор соединять с осью электродвигателя через муфту то
= 0,98 %; КПД пары подшипников качения 2 × 0,98 % = 0,96 %; для осевого вентилятора = 1,1. ТогдаN Э =
= 
= 768 Вт.Тип электродвигателя ― асинхронный с короткозамкнутым ротором, как наиболее дешевый из своего класса. На сегодняшний день наиболее рационально использовать электродвигатели второй единой серии А2 и АО2. По способу механической защиты ― закрытый обдуваемого исполнения (АО2).
Для обеспечения условия регулирование частоты вращения двигателей с диапазоном 1 : 5 необходимо применять электродвигатели с повышенным скольжением [марки ― АОС2 (чугун) и АОЛС2 (алюминий)].
Учтя N Э = 768 Вт и n = 2500 об/мин выберем электродвигатель [Приложение №9] АОЛС2-11-2 мощностью 800 Вт, синхронной частотой вращения 3000 об/мин, асинхронной ― 2815 об/мин, Cosφ = 0,86, КПД = 78%, кратность пусковых силы тока k i = 7, момента ― m n = 1,9, маховый момент ротора 0,005 кг·м 2.
Уменьшить скорость вращения представляется возможным за счет семы автоматики, которая и будет производить автоматическое регулирование.
Кинематическая характеристика
Вал электродвигателя жестко соединен с осью вентилятора, т.е. соединение не упругое с отсутствием всевозможных зазоров. Поэтому всю конструкцию можно представить как одно-массовое тело массой m , вращающееся с угловой скоростью w . В каждый момент времени разность тягового момента двигателя и момента сопративления приводит в движение машину. При М м > М с происходит пуск, разгон и переход сменьшей на большую скорость движения машины; при М м < М с происходит торможение, остановка и переход с большей на меньшую скорость движения машины; при М м = М с¾ установившийся режим работы и покой машины.
Рис. №2. Кинематическая характеристика
М с¾ момент сопративления машины ( ~ n 3), М м¾ тяговый момент электродвигателя, w м и w д¾ угловая скорость машины и двигателя соотвецтвенно ( w м = w д).
Механическая характеристика
Механическая характеристика определяется уравнением:
М св = М о + (М сн - М о)·( n / n н) 2,
Где М св ¾ момент сопротивления вентилятора при частоте вращения n ; М сн ¾ момент сопротивления вентилятора при номинальной частоте вращения n н; М о ¾ момент сопротивления трения в подшипниках вентилятора.
Угловая скорость вращения вентилятора:
ω н =
= 
= 262 рад/с.Номинальный момент сопротивления вентилятора определяется:
М сн = N В/ω н = 657/262 = 2,51 н·м.
Момент сопротивления трения в подшипниках определим исходя из того что КПД пары подшипников качения составляет 0,96 %, тогда мощность затрачиваемая на преодоления этого трения составит 652·0,0096 = 6,3 Вт. Этой мощности соответствует момент:
М о = 6,3/ω н = 6,3/262 = 0,024 н·м.
Тогда уравнение механической характеристики примет вид:
М св = 0,024 + (2,51 - 0,024)·( n /2500) 2,
М св = 0,024 + 2,486·( n /2500) 2. (1)
Для построения механической характеристики составим таблицу значений моментов сопротивлений для диапазона возможных скоростей ¾ 0 ~ 3000 об/мин:
| n | Мсв | n | Мсв | n | Мсв |
| 0 | 0,024 | 1100 | 0,5053 | 2200 | 1,9492 |
| 100 | 0,028 | 1200 | 0,5968 | 2300 | 2,1282 |
| 200 | 0,0399 | 1300 | 0,6962 | 2400 | 2,3151 |
| 300 | 0,0598 | 1400 | 0,8036 | 2500 | 2,51 |
| 400 | 0,0876 | 1500 | 0,919 | 2600 | 2,7129 |
| 500 | 0,1234 | 1600 | 1,0423 | 2700 | 2,9237 |
| 600 | 0,1672 | 1700 | 1,1735 | 2800 | 3,1424 |
| 700 | 0,2189 | 1800 | 1,3127 | 2900 | 3,3692 |
| 800 | 0,2786 | 1900 | 1,4599 | 3000 | 3,6038 |
| 900 | 0,3462 | 2000 | 1,615 | ||
| 1000 | 0,4218 | 2100 | 1,7781 |
Полученные значения наглядно отражает график механической характеристики рис. №3.
Рис. №3. Механическая характеристикаИз диаграммы видно что значительные моменты сопротивления возникают лишь при максимальных частотах вращения. Поэтому на пуск двигателя какого-либо значительного влияния статические моменты не оказывают.
Для оценки сложности момента пуска необходимо также учесть действие динамических тормозящих моментов ¾ моментов инерции.
Инерционная характеристика
Момент трогания (пуска) вентилятора незначительно превышает момент трения, поэтому нет необходимости проверки электродвигателя по условиям трогания. Однако необходимо убедиться в том что время пуска не превышает критического значения. Для электродвигателей серии АО2 при средней скорости нарастания температуры обмотки 7ºС/с, находящейся под пусковым током ¾ 15с.
Расчет проведем в упрощенной форме.
Момент инерции всей конструкции в целом определим как сумму махового момента ротора электродвигателя и осевого момента инерции крыльчатки вентилятора. Осевой момент инерции крыльчатки вентилятора приближенно может быть определен следующим образом:
J =
,где m ¾ масса крыльчатки вентилятора (~ 20% от веса вентилятора, т.е. 46 · 20% = 9,2 кг), R ¾ (внутренний радиус выходного патрубка за вычетом радиального зазора, т.е. 200 – 10 = 190 мм). Тогда
J к =
= 0,027 кг·м 2.И суммарный момент J = J к + J эл.дв =0,027 + 0,005 = 0,032 кг·м 2.
Кинетическая энергия которой обладает весь механизм на номинальной частоте вращения (2500 об/мин = 262 рад/с):
W к = J ·
= 0,032· 
= 1098 Дж.Мощность которую развивает выбранный нами электродвигатель ¾ 800 Вт. Однако часть этой мощности будет расходоваться на преодоление тормозящего момента сопротивления М св. Определим эту часть. Т.к. момент сопротивления вентилятора плавно изменяется от 0 до 2,51 Н·м (при n = 2500 об/мин), что наглядно видно из графика механической характеристики, то необходимо найти его приведенное (усредненное) значение. Для этого проинтегрируем уравнение механической характеристики (1):
M пр =
= 
= 
= = 
| 2500 = 
= 0,85 Н·м.Т.е. постоянный во времени момент сопротивления 0,85 Н·м оказывает такое же действие что и изменяющийся во времени реальный момент сопротивления при изменении скорости от 0 до 2500 об/мин. Из диаграммы механической характеристики (1) величине 0,85 Н·м соответствует скорость 350 об/мин (36,7 рад/с), тогда потеря мощности из-за момента сопротивления составит:
Р мс = M пр · ω пр = 0,85 · 36,7 = 31 Вт.
Тогда мощность участвующая в разгоне 800 – 31 =769 Вт. При такой мощности требуемую энергию 1098 Дж двигатель сообщит за:
t = 1098 / 769 = 1,43 с.
Следовательно, при критическом времени разгона 15 с, полученная величена 1,43 с нас полностью удовлетворяет.
Рис. № 4. Инерционная характеристика
Аппаратура управления и защиты
Автоматизация вентиляционных установок
Для автоматизации вентиляционных установок наиболее целесообразно использовать разработанные комплекты оборудования типа «Климат». Управление вентиляционными установками осуществляется по какому-либо параметру воздуха (в нашем случае по влажности) в помещениях путем его замены. Это одновременно обеспечивает нормированные значения других параметров (с подогревом воздуха в зимнее время). Для вытяжной вентиляции типа «Климат», состоящее из регулируемых по подаче воздуха осевых вентиляторов (ВО) и станции управления. ВО комплектуются специальными 3-х фазными асинхронными электродвигателями с повышенным скольжением, например АОЛС2 или АОС2, и др. Для данных электродвигателей характерно изменение в широких пределах частоты вращения ротора под нагрузкой («мягкая механическая характеристика») при изменении подаваемого на статор напряжения от 70 до 380 В.