Лекции по приводу

21

Тема №3 Выбор электродвигателя по мощности

Выбор двигателя по нагреву и перегрузочной способности для длительного и повторно-кратковре- менного режимов работы. Основы построения нагрузочных диаграмм электропривода. Стандартизация режимов работы.

Лекция №4

Основы построения нагрузочных диаграмм изучаются самостоятально (Ковчин стр. 431, Ильинский — 487.)

После того, как по технико-экономическим соображениям выбран двигатель по роду тока и принципу управления (постоянного или переменного тока, регулируемый или нерегулируемый, асинхронный, синхронный, вентильный и т. д.), его нужно выбрать по мощности. Выбор по мощности — это выбор по допустимому нагреву.

При рассмотрении нагрева двигателя делаются следующие упрощающие допущения:

1.Двигатель принимается однородным телом, обладающим бесконечно большой теплопроводностью, т. е. способностью переносить тепло от более нагретых частей тела к менее нагретым (выравнивать температуру различных частей тела).

2.Количество тепла, отдаваемое в окружающую среду, пропорционально разности температур двигателя и окружающей среды.

3.Окружающая среда обладает бесконечной теплоёмкостью, т. е. её температура не зависит от количества тепла, отдаваемого двигателем.

4.Потери в двигателе, его теплоёмкость и коэффициент теплоотдачи не зависят от температуры двигателя.

При этих допущениях температура перегрева двигателя, т. е. превышение его температуры над температурой окружающей среды определяется выражением

= уст (1 e Ttн ) + начe Ttн ,

где уст = AP — установившаяся температура перегрева двигателя; P — потери в двигателе; A — теплоотдача двигателя, измеряемая в

Дж

[A] = с С.

Теплоотдача — это количество тепла, отдаваемое двигателем окружающей среде за одну секунду при разности температур двигателя и окружающей среды в один градус Цельсия. Tн = Ac — постоянная времени нагрева; c — теплоёмкость нагрева, т. е. количество тепла, необходимое для нагрева двигателя на один градус Цельсия, измеряемая в

Дж

[c] = С ;

нач — температура перегрева в начальный момент времени.

Стандартные режимы двигателя с точки зрения нагрева

Режимы работы двигателя описаны в ГОСТ 183–74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования.»

Далее рассмотрим несколько наиболее часто встречающихся номинальных режимов, на которые рассчитываются двигатели.

Продолжительный режим работы (S1)

Двигатель рассчитан на номинальный режим работы при номинальном токе на номинальной скорости сколь угодно долго. После начала работы двигатель успевает нагреться до установившейся температуры.

Большинство двигателей выпускается для работы в режиме S1. Условие выбора двигателя при работе на постоянной скорости

Pвал 6 Pн,

где Pвал — расчётная мощность на валу двигателя; Pн — номинальная мощность двигателя. Кратковременный режим работы (S2).

Двигатель рассчитан на кратковременную работу. Под кратковременной подразумевается такая работа, при которой двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время отключения успевает остыть до температуры окружающей среды.

P

Рис. 20. График мощности. К расчёту методом средних потерь.

В дополнение к номинальным данным двигателя (напряжению, току, скорости) указывается продолжительность рабочего периода T.

Повторно-кратковременный режим работы (S3).

При постоянной скорости движения нагрузка носит перемежающийся характер. Циклы предполагаются одинаковыми. Работа характеризуется тем, что за время работы tр двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а в период пауз tп двигатель не успевает остыть до температуры окружающей среды.

Двигатель характеризуется допустимой мощностью при данной продолжительности включения ПВ%:

ПВ% = tр 100. tц

Стандартными значениями ПВ являются 15, 25, 40 и 60 %. Длительность цикла не должна превышать 10

минут. Двигатель выбирается по средней мощности потерь Pср 6 Pн, где Pср = Pмакс tр .

tц

Рассмотрим несколько методов расчёта двигателя для работы в режимах с переменной нагрузкой. Метод средних потерь.

Если цикличность работы двигателя сохраняется, но в течение времени tр нагрузка меняется, то предварительно должны быть рассчитаны средние потери за период работы двигателя в течение цикла

ПВ, у которого номинальные потери будут равны или больше рассчитанного значения Pср

Pн > Pср.

Поскольку полученные значения ПВ могут значительно отличаться от расчётного, должен производиться перерасчёт расчётного режима на стандартный

23

Метод эквивалентного тока.

Потери в электродвигателе могут быть разделены на те, которые зависят от тока, и те, которые от тока не зависят. Если скорость двигателя неизменна, а меняется только его нагрузка, то потери, независящие от тока (потери вращения) можно считать постоянными Pпост. Тогда

P = Pпост + Pпер,

где Pпост — постоянные потери. Если двигатель работает с постоянной скоростью, то эти потери одинаковы и в рассматриваемом, и в номинальном режимах. Pпер — переменные потери, пропорциональны квадрату тока

где n — число рассматриваемых участков; ti — время работы на i-м участке; Pпер.н — потери в номинальном режиме; Iн — номинальный ток; tц — время цикла.

Величина, стоящая в левой части выражения называется эквивалентным током, и условием нормального теплового режима является

Метод эквивалентного (среднеквадратичного) момента.

Для двигателей постоянного тока с независимым возбуждением использование метода вытекает из прямой пропорциональности между моментом и током

Mд = cдIя,

и тогда

s

Pn M2ti

Mэкв = i=1 i .

tц

Условие нормального теплового режима

Mэкв 6 Mдн.

Если скорость двигателя примерно постоянна и равна !, то можно рассматривать фиктивную мощность, как Pэкв = Mэкв!. Эта мощность должна быть меньше номинальной.

Учёт пусковых и тормозных режимов. Рассмотрим теперь режим S5 (повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением.)

Если нагрузочная диаграмма содержит участки пуска, торможения и стоянки двигателя, это должно быть учтено при расчёте.

где п < 1 — коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения при пуске и торможении; 0 < 1

— коэффициент, учитывающий ухудшение охлаждения на стоянке.

Относительно сказанного выше надо сделать следующие замечания:

24

M, n

Mр1

Рис. 21. Графики скорости и момента. К расчёту методом эквивалентного момента.

всё относится к нерегулируемому приводу с самовентиляцией, т. е. вентилятором на валу ротора;

чтобы рассчитать нагрузочную диаграмму, надо уже выбрать двигатель, поэтому он предварительно выбирается, а затем проверяется по нагреву;

многие фирмы используют собственную ориентированную на выпускаемые двигатели методику определения мощности;

если привод регулируемый, то при ограниченном диапазоне регулирования и работе под нагрузкой на низких скоростях надо учитывать ухудшение условий охлаждения на низкой скорости, завышать установленную мощность;

при значительном диапазоне регулирования скорости должен применяться двигатель с независимой вентиляцией (когда обеспечивается принудительная подача хладагента независимо от движения вала двигателя).

ГОСТ 20459–87 «Машины электрические вращающиеся. Методы охлаждения. Обозначения.»

ПЕРВЫЙ ТЕКУЩИЙ КОНТРОЛЬ