Alegerea motoarelor electrice de actionare in functie de caracteristicile masinii de lucru

Cuplul pe care il opune masina de lucru motorului electric de actionare in timpul desfasurarii procesului tehnologic se numeste cuplu static , notat cu Ms , si caracterizeaza comportarea mecanismului executor in regim stationar. In general , Ms este o functie de viteza unghiulara , de spatiu x , de pozitia

unghiulara , de timp t :

Ms = f( ,x, ,t) si are doua componente: - o componenta utila Msu , corespunzatoare lucrului mecanic util pe care trebuie sa-l efectueze masina de lucru; - o componenta de pierderi Msf , determinata de frecarile specifice elementelor in miscare; Ms = Msu + Msf Prin caracteristica statica a unei masini de lucru se intelege dependenta dintre

cuplul static si parametrii , x , in regim stationar.Pentru simplificarea formei analitice a acestei dependente caracteristicile statice se definesc prin relatii de forma : Ms = f1( ) ,

Ms = f2(x) , Ms = f3( ) , Ms = f4(t). Ultima dependenta se numeste diagrama cuplului static. Conventional , dupa semn , cuplurile statice pot fi: - positive – daca se opun sensului vitezei; - negative – daca actioneaza in sensul viteze; Din punct de vedere energetic , cuplurile statice se grupeaza in doua categorii:

cupuri statice pasive , caracterizate de faptul ca se opun miscarii.Aceste cupluri sunt dezvoltate de majoritatea masinilor-unelte care executa operatii de deformare neelastica , aschiere , taiere , rasucire , intindere.

cupluri statice active sau potentiale , caracterizate de faptul ca pot intretine miscarea(contin surse de energie).Aceste cupluri sunt dezvoltate de masinile de lucru care efectueaza operatii de deformare elastica (comprimarea unui resort , comprimarea unui gaz) , de masinile de lucru care modifica pozitia unui obiect fata de o referinta orizontala (instalatii de ridicat).

a)Cupluri statice constante Caracteristica statica a masinilor de lucru care dezvolta un cuplu constant activ (fig.1.9) este de forma : Ms = K (1.9)

14

Deoarece cuplurile statice pasive se opun totdeauna miscarii , caracteristica statica a masinilor de lucru care dezvolta cuplul static pasiv (fig 1.9 b) este de forma: (1.10)

Exemplele de masini de lucru care dezvolta cuplu static constant: instalatii de ridicat de mica inaltime , benzi transportoare cu incarcare uniforma , vehicule de transport la deplasarea in aliniament sau panta cu inclinare constanta , masini de imprimare , masinile-unelte pentru un regim de aschiere constant. b) Cupluri statice dependente de viteza unghiulara Expresia generala a caracteristicii statice este de forma:

, (1.11)

exponentul putand lua valorile = -1 … 6 functie de masina de lucru.

Pentru = -1 ecuatia caracteristicii statice (fig.1.10)

15

Aceste tipuri de caracteristici statice se intalnesc la masinile-unelte pe durata unui proces de aschiere:la operatia de degrosare – viteza mica , cuplu rezistent mare ; la operatia de finisare – viteza mare , cuplu rezistent mic.Deasemenea , ele sunt specifice masinilor de infasurat sarma , tabla , fire , hartie , la care forta de tragere si viteza liniara a produsului trebuie sa ramana constante pentru ca acesta san u se rupa sau san u faca bucle.

Pentru = 1 , ecuatia caracteristicii devine Ms = K . Aceste caracteristici statice (fig.1.11) sunt specifice masinilor electrice functionand in regim de generator care debiteaza pe o sarcina de impedanta constanta.

16

Pentru = 2 , ecuatia caracteristicii statice devine : .Aceste caracteristici statice (fig. 1.12) sunt specifice ventilatoarelor centrifugale , pompelor centrifugale , propulsoarelor de nave.

17

Cuplurile statice proportionale cu viteza la puteri = 3 … 6 sunt specifice instalatiilor centrifugale din industria chimica si alimentara. c)Cupluri statice dependente de deplasare liniara Ecuatia caracteristicii statice este de forma :Ms = a + b.x.. Aceste cupluri statice sunt specifice instalatiilor de ridicat de mare inaltime(sau mare adancime) la care greutatea cablului de ridicat este comparabila cu greutatea utila : macarale , ascensoare , instalatii de extractie miniera , instalatii de foraj. d)Cupluri statice dependente de deplasare unghiulara Aceste cupluri statice sunt specifice masinilor de lucru care au mecanisme biela-manivela (de exemplu , pompe si compresoare cu piston , fierastraie mecanice , sepinguri , prese , ffoarfeci , puturi de extractie a titeiului) e)Cupluri statice dependente de timp Pentru instalatiile care dezvolta cuplul static dependent de viteza , deplasare liniara sau unghiulara se poate stabilii si o dependenta de timp , daca se cunoaste diagrama vitezei

v = f(t) , respective a spatiului x = f(t) sau = f(t) Se intalnesc insa masini de lucru la care cuplul static util se modifica aleator in timp ( de exemplu , instalatiile de foraj , excavatoarele din industria textila).Pentru a putea obtine o expresie analitica a acestor caracteristici statice , ele se pot inlocuii prin functii empirice , liniare sau neliniare , determinate prin tratarea matematica adatelor.Formna caracteristicii mecanice a masinii de lucru impune tipul motorului de actionare. Domeniul de functionare delimitat pe aceasta caracteristica de valorile de minima si maxima ale turatiei , precum si valoarea cuplului rezistent determina alegerea tipului si puterii motorului de actionare. Functionarea unui sistem de actionare este posibila numai cand exista un punct de intersectie (numit punct de functionare) intre caracteristica mecanica a masinii de lucru si cea a motorului de actionare in domeniul de functionare ca motor(nu ca generator).O asemenea situatie este ilustrata in fig.1.13 , in care cuplul necesar pentru antrenarea masinii de lucru este un cuplu rezistenet pentru motor.

18

Cele doua caracteristici mecanice ale motorului se intersecteaza cu caracteristica mecanica a masinii de lucru in punctele A , respective B. In punctual A (Mn , ) functionarea are loc la parametrii nominali , iar in punctual B (M1 , n1) , functionarea are loc la o turatie mai mica , . In legatura cu punctual de functionare a unei actionarei se pune problema stabilitatii in functionare.Se spune ca un sistem de actionare functioneaza stabil intr-un punct A de functionare , daca la aparitia unei perturbatii slabe (constanta sau cu variatie lenta in timp) , aceasta ajunge intr-un nou punct de functionare A’. Daca , in urma perturbatiilor , viteza sistemului tinde catre 0 sau infinit , se spune ca functionarea initiala in punctual A a fost instabila. De exemplu in figura 1.14 a , este prezentata situatia unui sistem de actionare cu motor de c.c cu excitatie derivatie a unui masini de lucru , la care cuplul depinde de viteza unghiulara la puterea a doua. Daca perturbatia (schimbarea intempestiva a parametrilor de aschiere , de exemplu) determina modificarea caracteristicii masinii de lucru din pozitia 2 in pozitia 2’, punctual de functionare se deplaseaza , la aceeasi viteza in A’.In acest punct , masina de lucru opune un cuplu rezistent mai mare decat cel dezvoltat de motor; ca urmare , sistemul este frant pana in B (unde are loc egalitatea cuplurilor – cel dezvoltat de motor sic el rezistent , al masinii de lucru).Punctul B este noul punct de functionare care corespunde noii caracteristici (2’) a masinii de lucru , la viteza mai mica. Fig.1.14.Explicativa pentru definirea stabilitatii in functionare

19

In situatia actionarii aceleasi masini de lucru cu un motor asincron (curba 1 ,fig.1.14. b) noua pozitie (2’) a caracteristicii mecanice a masinii de lucru determina deplasarea punctului de functionare A in A’, la aceeasi viteza.In A’, cuplul rezistent este mai mare decat cuplul dezvoltat de motor.Sistemuldcelereaza (pentru a ajunge in B ar fi nevoie sa accelereza) continuu pana la oprire.Deci punctual A corespunde unui regim de functionare instabila. In figura 1.15. este ilustrata o situatie in care , in zona admisibila de functionare a masinii de lucru , caracteristica mecanica naturala (1) a motorului de c.c. cu excitatie derivatie nu intersecteaza caracteristica (2) a masinii de lucru , deci nu exista un punct de functionare.Functionarea este posibila numai pe o caracteristica mecanica artificiala (1’) a aceluiasi motor (punctul A) sau in cazul actionareii cu alt tip de motor (motor de c.c. cu excitatie serie) , avand caracteristica de forma (1”)- punctul B. La o serie de sisteme de actionare (de exemplu , pentru rideicarea unei greutati , deplasarea unui vehicul pe o panta coboratoare) , apare frecvent necesitatea ca functionarea motorului de actionare sa fie regim de frana , cand cuplul si viteza au semen contrare.In planul caracteristicii mecanice n = f(M) , cadreanele I si III corespund regimului de motor (cuplul si turatia au acelasi semn , in cadranul III semnele sunt inversate celor adoptate conventional ca pozitive) , iar cadranele II si IV corespund regimului de frana (fi g1.16).

20

O alta cerelatie necesara intre caracteristica mecanica a masinii de lucru si caracteristica mecanica a motorului de actionare vizeaza punctul de pornire si anume , asigurarea unui cuplu de pornire superior celui rezistent. Asa cum s-a observat la studiulcaracteristicilor mecanice ale tipurilor de motoare electrice , atunci cand cuplul de pornire este sub valoarea necesara , se pot obtine , de exemplu , valori ridicate ale cuplului de pornire prin functionarea motoarelor asincrone pe o caracteristica mecanica artificiala reostatica , obtinuta prin introducerea unuei rezistente in circuitul rotoric. Viteza nominala a motorului de actionare se alege astfel incat sa fie cat mai apropiata de viteza masinii de lucru.Daca diferenta este prea mare , se uitilizeaza un organ de transmisie convenabil ales , prin care sa se obtina viteza dorita pentru masina de lucru.Puterea necesara a motorului de actionare se alege astfel incat:

(1.12)

21

in care se determina cu relatia :

(1.13)

- este cea mai mare valoare a vitezei , impusa prin datele actionarii. Majoritatea cu 10% - 20% a puterii statice medii tine seama de puterea dinamica pe care trebuie sa o dezvolte motorul la pornire. Se alege un motoe cu puterea nominala imediat superioara puterii medii. Daca temperature mediului de lucru difera de temperature standardizata (40 de grade) este necesara recalcularea puterii reale la care pot fi icarcat motorul , astfel incat san u se depaseasca temperature corespunzatoare clasei de izolatie.Pentru aceasta , se determina puterea nominala de calcul:

(1.14)

(1.15) in care : = diferenta dintre temperatura mediului si mediului si temperatura standardizata;

=diferenta dintre temperatura maxima admisibila pentru clasa de izolatie si temperatura standardizata a mediului ambiant; a = coeficient intre 0,5 … 1,5 frunctie de tipul motorului(asincron , de c.c) si de viteza actionarii. Daca motorul functioneaza la altitudini mai mari de 1000 m , atunci

temperature nominala se micsoreaza cu o,5 grade C pentru fiecare 100m ce depasesc altitudinea standardizata. Alegerea puterii motorului este correct efectuata daca:

(1.16)

(1.17) Alegerea puterii motorului electric de actionare reprezinta una dintre cele mai importante probleme ale electromecanice deoarece:

subdimensiunarea motorului conduce la scaderea productivitatii instalatiei , ca urmare a defectiunilor ce pot aparea si la scoaterea din functiune a motorului inainte de amortizarea acestuia

22

supreadimensionarea motorului conduce la scaderea randamentului sistemului de actionare , inrautatirea factorului de putere , cresterea cheltuielilor de investitie.

23