8.3. Режимы работы и нагрузочные диаграммы электроприводов

Мощность, которую может иметь двигатель на валу, не пере­греваясь выше допустимого предела, зависит от продолжитель­ности и характера нагрузки. Различают три основных режима работы двигателя: длительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

При длительном режиме работы рабочий период настолько велик, что перегрев двигателя достигает своего установивше­гося значения (рис. 8.4, а).

Кратковременным режимом называют такой режим работы двигателя, при котором продолжительность рабочего периода t_р недостаточна для достижения τ_у. Период же остановки, т. е. время охлаждения, достаточен для того, чтобы двигатель охладился до температуры окружающей среды, т. е. до т = 0 (рис. 8.4,6).

Повторно-кратковременным режимом называют такой ре­жим, при котором рабочие периоды t_p чередуются с периодами остановки t₀ и продолжительностью одного цикла T_ц = t_p + t₀ не превосходит 10 мин (рис. 8.4, в). Этот режим работы характе­ризуется относительной продолжительностью включения

В зависимости от режимов работы, для которых предназна­чаются двигатели, различаются следующие номинальные мощ­ности:

а) номинальная мощность при длительном режиме (дли­тельная) — максимальная мощность, которую двигатель может развивать в течение произвольно долгого промежутка времени, не перегреваясь выше допустимой по нормам температуры;

б) номинальная мощность при кратковременном режиме (кратковременная) — максимальная мощность, которую может развивать двигатель в течение определенного, указанного в пас­ порте двигателя времени t_K, не перегреваясь при этом выше установленных нормами пределов; стандартные величины крат­ковременной работы, для которых определются номинальные кратковременные мощности, следующие: 10, 30, 60 и 90 мин;

в) номинальная мощность при повторно-кратковременном режиме работы — максимальная мощность, при которой двига­тель может работать длительно, не перегреваясь выше допу­стимых пределов, при условии регулярного чередования перио­дов работы и пауз. Стандартные значения ПВ, при которых указывается номинальная мощность, равны 15, 25, 40, 60 %

8.4. Выбор мощности электродвигателей при длительном режиме работы

Выбор мощности двигателя при неизменной нагрузке. Выбор мощности двигателя при длительной не­изменной или мало меняющейся нагрузки не представляет за­труднений. В этом случае номинальная длительная мощность двигателя Р_ном должна быть равна или несколько больше рас­четной мощности на валу двигателя Р_расч, т. е. Р_ном ≥ Р_расч

Формулы для определения расчетной мощности в зависимо­сти от типа машин и механизмов (насосов, вентиляторов, комп­рессоров и т. п.) приводятся в соответствующих литературных источниках.

По расчетной мощности Р_расч выбирают по каталогу двига­тель с ближайшей большей или равной Р_расч номинальной мощностью.

Выбор мощности при переменной нагрузке. Для выбора мощности двигателя при длительной переменной нагрузке существует несколько методов, но чаще всего поль­зуются методом эквивалентного тока.

Сущность этого метода сводится к тому, что меняющуюся нагрузку I заменяют некоторой постоянной эквивалентной, т.е. равноценной нагрузкой (эквивалентным током I_экв ), при ко­торой в двигателе выделяется то же количество тепла (полу­чается тот же нагрев), что и при действительной меняющейся нагрузке.

Пусть электропривод работает по графику, представленному на рис. 8.5. Здесь каждому току I₁, I₂, I₃ соответствуют опреде­ленные потери в двигателях Δр₁ Δр₂, Δр₃-

Полные потери в двигателе состоят из постоянных Δр_пост и переменных Δр_пер потерь, т.е.

Переменными потерями являются потери в обмотках якоря, статора, ротора, которые пропорциональны квадрату тока и сопротивлению Ap_пер = I²R.

Можно записать потери при любой нагрузке:

Средние потери можно выразить через эквивалентный ток I_экв:

С учетом T_ц = t₁ + t₂ + …. + t_n можно считать, что

Учитывая, что постоянные потери не зависят от нагрузки, получим вы­ражение для эквивалентного тока

Для двигателей постоянного тока независимого возбужде­ния при постоянной величине магнитного потока Ф = Ф_ном мо­мент пропорционален току, поэтому можно пользоваться. экви­валентным моментом.

Формула эквивалентного момента будет иметь такой же вид, как и формула (8.10):

Формулой (8.10) можно пользоваться и для асинхронных двигателей при нагрузках до (0,75÷0,8) М_кр.

Как правило, изменение нагрузки на валу двигателя про­исходит при его работе на естественной характеристике, т. е. скорость изменяется незначительно, и при выборе мощности можно пользоваться формулой эквивалентной мощности

Все приведенные формулы для определения I_экв, М_экв и Р_экв будут справедливы только для приводов, работающих со скоростью, близкой к номинальной, и двигателей с принуди­тельной вентиляцией.

Если же скорость при работе привода изменяется (в пе­риоды пуска, замедления и остановки), то в эти формулы для двигателей с самовентиляцией надо ввести поправочные коэф­фициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения дви­гателя при пуске, замедлении и остановке.

Для наиболее распространенной нагрузочной диаграммы, представленной на рис. 8.6, для периода пуска t_x и замедления t₃ вводится поправочный коэффициент β₁ а для пе­риода остановки (паузы) t₀ — коэффициент β₂. Для данного случая формула (8.10) примет вид

Поправочные коэффици­енты рекомендуется прини­мать: β₁ = 0,75 и β₂ = 0,5. После того как тем или иным способом определены экви­валентные ток, момент или мощность двигателя, необходимо выбрать соответствующий двигатель по каталогу, соблюдаяусловия I_ном ≥I_экв ;M_ном ≥M_экв ; P_ном ≥P_экв

Выбранный таким способом двигатель должен быть прове­рен по перегрузочной способности и по условию пуска.