Lektsii_El_privod

(7.10) и (7.21) с учетом соотношения (7.23), можно записать:

продолжительности соответственно работы и отключенного состояния

самовентилируемых двигателей закрытого обдуваемого исполнения в

предварительном расчете мощности двигателя по допустимому нагреву её

можно принять на уровне = 20 мин. После выбора электродвигателя

среднее значение постоянной времени нагрева (мин) может быть уточнено по формуле (7.18).

(7.32), а определение необходимой мощности электродвигателя по соотношению (7.28) с предварительным расчетом эквивалентной мощности нагрузки по (7.29).

Для кратковременного режима работы S2, когда в течение

технологических пауз в работе электродвигатель полностью охлаждается до

= 1, т.е. электродвигатель не допускает тепловой перегрузки.

Окончательно правильность расчета по методу эквивалентных величин

уточняют по методу средних потерь. Для правильно выбранного по допустимому нагреву электродвигателя должно выполняться условие:

где , - потери мощности и продолжительность нагрузки двигателя

на i-м участке нагрузочной диаграммы.

Потери мощности на участках нагрузочной диаграммы, преобразованной

Для повышения точности теплового расчета мощности АД общего применения продолжительного режима S1 для использования в кратковременном S2 или повторно-кратковременном S3 режимах работы целесообразно воспользоваться номограммой рис.7.11, рассчитанной с учетом непостоянства тепловых параметров АД [23]. При этом установившееся значение , рассчитывают по среднему значению определяемому по формуле (7.18): = 4/З

Порядок пользования номограммой для определения коэффициентов перегрузок показан пунктирными линиями. Необходимую мощность двигателя ЭП рассчитывают на основании обобщенной расчетной формулы

(7.28) с использованием эквивалентной (средней квадратической) мощности,

определенной по нагрузочной диаграмме двигателя.

Рис.7.11.Номограмма для определения коэффициентов перегрузки асинхронных двигателя режима S1 при работе в режимах S2 и S3.

При использовании специальных электродвигателей, когда в режим работы S2 ставится двигатель режима S2, в режим S3 двигатель режима S3, а

в режим S6 - двигатель режима S6, номинальную мощность двигателя ведется по формулам соответственно:

где - эквивалентная мощность на валу двигателя за период нагрузки;

,- длительность рабочего периода по нагрузочной диаграмме;

длительность рабочего

периода стандартная (нормированная).

В случае использования электродвигателя длительного режима нагрузки

100 %. При этом необходимо учитывать ухудшение теплоотдачи двигателя в отключенном состоянии и при перерасчете по формуле (7.41) пользоваться так называемой приведенной продолжительностью включения с

Метод эквивалентного тока основан на замене действительно изменяющегося тока в электродвигателе таким эквивалентным током,

который вызывал бы те же потери, что и действительный ток. Используя криволинейную токовую нагрузочную диаграмму I=f(t), приведенную на рис.

7.10, разбивают ее на прямолинейные участки и находят эквивалентный ток на каждом участке. для трех прямоугольных участков эквивалентный ток определяют по формуле

По формулам (7.44), (7.45), (7.46) можно вычислять эквивалентные токи при любом заданном графике тока, представляя его в виде прямоугольников,

треугольников и трапеций. После определения эквивалентного тока проверяют выполнение условия

где - номинальный ток электродвигателя.

Затем электродвигатель проверяют по допускаемой перегрузке Если в рассматриваемый цикл работы входят пауза, пуск и торможение

электродвигателя, то, учитывая ухудшение условий охлаждения за время паузы вводят коэффициент 0,5 и за время пуска и торможения коэффициент 0,75. В этом случае формула для эквивалентного тока принимает следующий вид:

Если при выборе мощности электродвигателя приходится пользоваться графиками моментов или мощностей, то определяют по аналогичным

Методом эквивалентного тока нельзя пользоваться в случаях, когда существенно изменяется активное сопротивление обмоток электродвигателя в тех или иных режимах (асинхронные электродвигатели с глубоким пазом и двойной клеткой в роторе). В этом случае пользуются методом средних потерь.

Методом эквивалентного момента дополнительно к приведенным ограничениям для метода эквивалентного тока нельзя пользоваться в случае

электродвигателей, в которых магнитный поток изменяется при работе

(электродвигатели постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением) - он также непригоден для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором при работе с большими скольжениями (пуск,

реверс, торможение). Во всех этих случаях нужно непосредственно определять потери мощности в электродвигателе.

Методом эквивалентной мощности нельзя пользоваться в случаях,

указанных для методов эквивалентного тока и момента, а также если значительно изменяются: частота вращения электродвигателя (частые пуски и отключения, регулирование частоты вращения, торможение), КПД и коэффициент мощности на разных участках графика нагрузки.

Таким образом, методы эквивалентной мощности и момента можно применять для электродвигателей постоянного тока с параллельным и независимым возбуждением и асинхронных электродвигателей, работающих в установившемся режиме. Наиболее точные результаты дает метод эквивалентного тока, который достаточно полно учитывает потери в электродвигателе.

7.5. Дополнительные условия проверки мощности двигателя

Электродвигатель, выбранный по допустимому нагреву необходимо проверить по мощности исходя в общем случае из обеспечения им следующих условий: пуска, статической и динамической устойчивости,

допустимого нагрева при продолжительном пуске,

допустимой частоты включений.

Чтобы двигатель успешно запустился при возможном снижении напряжения в сети, его мощность должна быть достаточной для выполнения условия:

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) в общем случае допускают снижение напряжения при пуске асинхронных ЭП до 30% ниже

уровень напряжения на зажимах

работающего АД ЭП.

Для обеспечения статической устойчивости мощность ЭП достаточна,

если выполняется условие:

электродвигателя с учетом возможного снижения напряжения питания, Н м;

обеспечения статической устойчивости ЭП:

Pc.max

Pí . (7.55)

M kU ðàá2

Динамическую устойчивость ЭП при ударной и резко переменной

нагрузках оценивают на основании (6.19).

Необходимость в проверке мощности двигателя ЭП по допустимому нагреву при продолжительном пуске возникает при длительности прямого

пуска ЭП свыше 10 с. Если в течение пуска пренебречь теплоотдачей электродвигателя, что допустимо, то на основании рассмотрения уравнения теплового баланса электродвигателя (7.5) для данного допущения получим после интегрирования формулу по определению превышения его

где А - потери энергии в электродвигателе при пуске, Дж; с - средняя удельная теплоемкость электродвигателя, которая может быть принята на уровне 400 Дж/ (кг. град); m- масса электродвигателя, кг.

Нормы допускают кратковременный нагрев изоляции электродвигателей

при длительном пуске до температуры 200 С - для изоляции класса нагревостойкости «В» и 225 С - для класса «F».

Наряду с кратностями: пускового, максимального и минимального момента, пускового тока ГОСТ 28327 (МЭК 60034-12) регламентирует кратность пусковой мощности кВ А по отношению к номинальной мощности

Вследствие этого в отдельных случаях возникает необходимость проверки соблюдения условия (7.57).

Если работа ЭП сопровождается частыми включениями и отключениями,

то мощность электродвигателя проверяют по допустимой частоте включений:

где факт - фактическая частота включений двигателя ЭП, ч; -

предельно допустимая частота включений двигателя ЭП,

исходя из его допустимого нагрева, ч

В предположении, что частичная мощность на валу двигателя при работе

близка к номинальной из равенства энергий тепловыделения и теплоотдачи,

имеем:

7.6. Подбор редуктора электропривода

Подбор электродвигателей к рабочим машинам – важный этап

проектирования электропривода, на котором предусматривают одновременное определение параметров двигателя и механической передачи

(в большинстве случаев - редуктора). За счет рационального выбора передаточного числа механической передачи могут быть достигнуты необходимые показатели электропривода. Ими могут быть минимальная продолжительность пуска, наименьшая стоимость, масса, габаритные размеры и потери энергии или максимальный КПД электропривода [22].

Масса, габаритные размеры (и соответственно стоимость) двигателя определяются при заданной мощности его номинальным моментом.

Подавляющее количество асинхронных двигателей с высокой номинальной частотой вращения имеют меньшую массу и повышенные значения номинальных коэффициентов полезного действия , и коэффициента мощности соs . Поэтому при проектировании электропривода рекомендуется ориентироваться в первую очередь на высокоскоростные двигатели.

Однако при использовании высокоскоростных двигателей для

обеспечения заданных скоростей движения исполнительных органов рабочих машин и производственных механизмов потребуется применение более тяжелых редукторов с большими значениями передаточного отношения,

отличающихся более высокими потерями мощности. Таким образом, задача совместного выбора двигателя и редуктора имеет оптимизационный характер и должна решаться c использованием определенных критериев оптимизации:

срока окупаемости, минимума потерь мощности (энергии), минимума стоимости электропривода, максимального быстродействия. Двигатель и редуктор выбирают с учетом параметров напряжения питающей сети,

способа монтажа на рабочей машине и условий окружающей среды.

Суммарный приведенный момент инерции электропривода определяется

как моментом инерции ротора (якоря) двигателя, так и инерцией элементов механической передачи и исполни тельного органа рабочей машины. Таким образом, за счет выбор передаточного числа (радиуса приведения)

механической передачи, с помощью которого осуществляется приведение к валу двигателя масс и моментов инерции элементов механической передачи и исполнительного органа, могут быть оптимизированы определенные показатели работы электропривода.

Одна из типовых задач такого рода связана с обеспечением минимальной

продолжительности пуска или торможения двигателя, т. е. максимального быстродействия электропривода. Этого достигают за счет оптимизации

передаточного числа редуктора, которому будут соответствовать минимальный запас кинетической энергии и минимальные потери энергии в переходных процессах.

Если допустить, что моменты двигателя и нагрузки в переходных процессах постоянны, то, относя потери в механической передаче к моменту нагрузки и используя основное уравнение движения, можно для