Исследование пускового момента и механической характеристики асинхронного двигателя для электропривода безредукторного волочильного стана

Abstract

Объектом исследования является асинхронный двигатель для электропривода редукторного и-блочного волочильного стана поводкового типа, применяемого для производства стальной проволоки из горячекатаной заготовки диаметром 8-12 мм. Показано, что современные волочильные станы оснащены регулируемыми автоматизированными электроприводами на основе традиционных асинхронных двигателей, частотных преобразователей или устройств плавного пуска. Приведены технологические особенности процесса волочения и главные требования к электроприводу волочильного стана, одним из которых является величина пускового момента двигателя. Отмечено, что вращающий момент асинхронного двигателя, пусковой момент которого в 1,6-2,2 раза больше номинального момента, передается на вал тянущего барабана блока через многоступенчатый редуктор, понижающий скорость и повышающий момент двигателя в 3,5-16,5 раза. Наличие редуктора уменьшает КПД электропривода минимум на 13-20 %, что снижает энергоэффективность процесса волочения и конкурентную способность продукции. В работе поставлена задача исследования момента асинхронного двигателя с целью создания безредукторного волочильного стана и его электропривода путем разработки объектно-ориентированного асинхронного двигателя с увеличенной кратностью пускового момента. Задача решается с учетом насыщения магнитной системы двигателя и эффекта вытеснения тока в обмотке ротора. Решение задачи выполнено методом математического анализа и моделирования механической характеристики двигателя с использованием специализированной программы для ЭВМ. Показана возможность создания асинхронного двигателя с пусковым моментом, достаточным для обеспечения процесса волочения без использования механического редуктора. Применение безредукторного тянущего барабана волочильного блока позволит упростить его конструкцию, повысить надежность, снизить эксплуатационные расходы, уменьшить удельный расход электроэнергии на процесс волочения на 17-20 %. Результаты исследований рекомендуются специалистам по разработке электрических машин, электромашиностроительных предприятий, технологам и конструкторам механического оборудования для метизной промышленности. This paper analyzes an asynchronous motor for electric drives used in geared n-block draw benches for making steel wires from hot-rolled billets (8 to 12 mm in diameter). Modern draw benches are shown to feature adjustable automated electric drives based on conventional asynchronous motors, frequency converters or soft starters. The paper describes the primary features of the drawing process and the most important requirements to the draw-bench electric drives; one such requirement is a specific starting torque. It is noted that the shaft of the asynchronous motor, the starting torque of which is 1.6 to 2.2 times as large as the nominal torque, transmits its torque to the shaft of the intermediate block via a reduction gear that reduces the speed but multiplies the torque by 3.5 to 16.5 times. Using such reduction gear lowers the electric drive efficiency by at least 13 to 20 %, making the drawing process less energy-efficient and the final product less competitive. The objective here is to study the asynchronous motor torque to design a gearless draw bench and elective drive based on an object-oriented asynchronous motor with a greater starting-torque multiplicity. The proposed solution to the problem takes into account the saturation of the motor magnetic system and the current displacement in the rotor winding. The problem is solved by calculus and modeling the mechanical characteristics of the motor in a specialized computer program. It is proven possible to design an asynchronous motor with a starting torque sufficient for gearless drawing. Using a gearless intermediate block will simplify the design and improve reliability while also reducing the operating costs and the power consumption of drawing by 17 to 20 %. The results of the study will be of interest to specialists in electric machines, engineers of electromachine-building enterprises, technologists and designers of mechanical machinery for metalworks.