Теорія електропривода: Підручник / М. Г. Попович, М. Г. Борисюк, В. А. Гаврилюк та ін.; За ред. М. Г. Поповича. – К.: Вища шк., 1993. – 494 с. 4 страница

После проверки двигателя на перегрузочную способность, производят проверку двигателя по нагреву одним из известных из теории нагрева методов, с учетом конкретного режима его работы.

Методы эквивалентирования по нагреву режимов работы ЭД.

В основе принципа эквивалентирования по нагреву рабочих режимов ЭП лежит положение о том, что количество выделенной теплоты (соответственно и темература нагрева двигателя) при реальном режиме работы двигателя с переменной нагрузкой будет таким же, как и при работе с некоторой постоянной нагрузкой (мощностью) за время всего рабочего цикла. Эта нагрузка (мощность) называется эквивалентной. На

принципе эквивалентирования базируются ряд расчетных методов определения мощности двигателя.

Метод средних потерь.

Этот метод является наиболее точным из косвенных методов расчета мощности, но и наиболее трудоемким.

Сущность метода состоит в определении средних потерь в двигателе при заданном графике переменной нагрузки и сравнении их с номинальными потерями, на которые рассчитан двигатель.

1. Предварительно двигатель выбирают по средней мощности, рассчитанной по нагрузочной диаграммы с учетом коэффициента динамичности ( ). При определении средней мощности, на нагрузочной диаграмме следует выбрать достаточно продолжительный участок:

(1.28)

(1.29)

2. Проверяем предварительно выбранный двигатель на перегрузочную способность(1.27):

Также, следует проверить условия пуска двигателя. Если двигатель проходит по перегрузочной способности и условиям пуска, то осуществляют проверку двигателя по нагреву.

3. Проверка двигателя по нагреву

Для предварительно выбранного двигателя определяют его номинальные потери:

(1.30)

Следует также определить потери на соответствующих участках нагрузочной диаграммы. Для того участка нагрузочной диаграммы:

, (1.31)

где – мощность на том участке нагрузочной диаграммы;

– КПД двигателя при нагрузке, соответствующей этому участку диаграммы, который определяется по кривой зависимости КПД от нагрузки.

Средние потери при изменяющейся нагрузке определяются как:

(1.32)

Определение средних потерь по формуле (1.32) справедливо для двигателей с принудительной вентиляцией или для двигателей с самовентиляцией, работающих с постоянной скоростью, близкой к номинальной.

При расчете мощности двигателей с самовентиляцией, работающих с переменной скоростью вращения, в формулу (1.32) следует внести поправки, учитывающие ухудшение условий охлаждения двигателя. В формулу (1.32) вводится поправочный коэффициент ухудшения теплоотдачи:

, (1.33)

учитывающий ухудшение условий охлаждения во время пауз и равный отношению теплоотдачи неподвижного двигателя к теплоотдаче двигателя, вращающегося с номинальной скоростью .

Величина средних потерь с учетом поправочного коэффициента:

, (1.34)

где: , , – потери во время пуска, торможения и движения с установившейся скоростью;

, , , – длительность периодов пуска, торможения, установившегося движения и отключения (паузы).

=0, 45-0,55 – для двигателей закрытого исполнения с самовентиляцией;

=0, 95-0,98 – для двигателей закрытого исполнения без принудительного охлаждения;

=0, 25-0,35 – для защищенных двигателей с самовентиляцией внутренних пространств.

Условие проверки двигателя по нагреву:

. (1.35)

На практике пользуются менее точными, но более простыми методами проверки двигателя по нагреву - методами эквивалентного тока, момента и мощности.

Упрощенные методы проверки двигателя по нагреву.

1. Метод эквивалентного тока

Этот метод основан на замене фактического, меняющегося при изменении нагрузки тока, эквивалентным постоянным током, который вызывает те же потери, что и фактический. Его величина определяется из формулы для средних потерь, в которой потери представлены суммой постоянных и переменных потерь, пропорциональных квадрату тока нагрузки:

(1.36)

Подставляя в выражение для средних потерь (1.32) значения потерь на отдельных участках нагрузочной диаграммы согласно (1.36), после преобразований получим:

(1.37)

Если выполняется условие , то предварительно выбранный двигатель проходит по нагреву.

Метод эквивалентного тока применяется, когда известная нагрузочная диаграмма двигателя в виде функции и если постоянные потери не зависят от нагрузки, а сопротивление главных цепей двигателя не изменяется за цикл работы.

2. Метод эквивалентного момента - позволяет проверить по нагреву предварительно выбранный двигатель непосредственно по его диаграмме нагрузки. Для двигателей, работающих с постоянным магнитным потоком момент пропорционален току. Для двигателей постоянного тока с независимым возбуждением . Для АД с фазным ротором (где угол сдвига между вектором магнитного потока и вектором тока ротора ). Коэффициент мощности изменяется в зависимости от нагрузки двигателя. При нагрузке, близкой к номинальной, можно считать величиной постоянной и соответственно .

Учитывая пропорциональность момента и тока, формула для эквивалентного момента может быть получена из формулы для эквивалентного тока путем умножения обеих частей на (1.37) на :

. (1.38)

Условием проверки двигателя по нагреву будет выполнение соотношения:

(1.39)

Если выполняется условие , двигатель проходит по нагреву.

Метод эквивалентного момента применяется при выполнении условий применимости метода эквивалентного тока и работе двигателя с неизменным магнитным потоком ( ). Для двигателей последовательного возбуждения и АД с короткозамкнутым ротором в пусковых и тормозных режимах этот метод не применим.

Если ДПТ с НВ работает с ослаблением магнитного потока, то в нагрузочную диаграмму следует внести поправки, которые учитывают увеличение тока двигателя в этом случае. Ток якоря увеличивается пропорционально ослаблению магнитного потока. Чтобы график моментов учитывал изменение тока якоря, ординаты момента на участках ослабления поля необходимо увеличить пропорционально увеличению скорости двигателя:

, (1.40)

где: – скорость двигателя на участках ослабления поля.

3. Метод эквивалентной мощности

Формула для эквивалентной мощности может быть получена из формулы для эквивалентного момента путем умножения обеих частей уравнения на скорость :

. (1.41)

Двигатель проходит по нагреву, если выполняется условие:

. (1.42)

Метод эквивалентной мощности используется тогда, когда выполняются условия применения метода эквивалентного момента, а также скорость двигателя на всех участках нагрузочной диаграммы остается постоянной.

При расчетах методом эквивалентных величин необходимо вводить поправки на ухудшение условий охлаждения во время пуска и торможения двигателей с самовентиляцией.

Литература: 1, с. 458-473; 4, 314-315, 322-340.

СРС: Привести нагрузочную диаграмму ДПТ с НВ с ослаблением магнитного потока.

Литература: 1, с. 458-473; 4, 314-315, 322-340.

Контрольные вопросы:

1. Как построить нагрузочную диаграмму и тахограмму двигателя?

2. Как проверить двигатель на перегрузочную способность?

3. Когда необходимо использовать метод средних потерь?

4.Приведите формулу метода эквивалентного тока.

5.Когда допустимо применять метод эквивалентного момента?

6.Объясните условия использования метода эквивалентной мощности.

ЛЕКЦИЯ 9

Расчет мощности и выбор двигателей номинального продолжительного режима работы ( ).

При продолжительном режиме работы возможны два варианта нагрузки двигателя:

1. Нагрузка двигателя остается постоянной, равномерной (рис.1.23):

Рис.1.23

В этом случае двигатель выбирают из условия:

, (1.43)

где – постоянная мощность, которая потребляется механизмом с учетом КПД. Ее определяют по нагрузочной диаграмме или непосредственно рассчитывают по аналитическим формулам для заданных параметров технологической установки.

Из каталога выбирают ближайший, больший по мощности двигатель с учетом напряжения, скорости, исполнения, крепление и т.д. После выбора двигателя следует проанализировать условия его пуска

2.Нагрузка двигателя может существенным образом изменяться (рис.1.24):

Рис.1.24 Изменение нагрузки в продолжительном режиме.

В этом случае расчет мощности осуществляют в следующем порядке:

1. Строят нагрузочную диаграмму механизма с учетом всех особенностей технологического процесса.

2. Определяют средние значения мощности за цикл работы двигателя:

(1.44)

где – мощность на том участке нагрузочной диаграммы.

3. Определяют расчетное значение мощности (1.24):

В режиме влияние пусковых и тормозных токов незначительно, поэтому принимают =1,1.

4. По расчетному значению мощности, с учетом необходимой скорости, по каталогу предварительно выбирают двигатель из условия:

5. Проводят проверку предварительно выбранного двигателя по перегрузочной способности. Из нагрузочной диаграммы выбирают максимальный момент . При выполнении условия:

, (1.45)

двигатель проходит по перегрузочной способности.

6. При необходимости, следует провести анализ условий пуска предварительно выбранного двигателя.

7. Проводят проверку выбранного двигателя по нагреву методом средних потерь, или одним из методов эквивалентных величин (тока, момента, мощности), используя нагрузочную диаграмму механизма.

Расчет мощности и выбор двигателей номинального кратковременного режима работы

При режиме нагрузочная диаграмма с постоянной кратковременной нагрузкой мощностью и временем ее приложения имеет вид, показанный на рис.1.25. При этом режиме работы, как было сказано выше, двигатель за время работы не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы полностью остывает.

При ступенчатом графике нагрузки (рис. 1.26) значение моментов и мощностей пересчитывают к эквивалентному по нагреву прямоугольнику методом эквивалентной мощности или момента.

Рис. 1.25 Нагрузочная диаграмма при постоянной нагрузке в режиме

Рис. 1.26 Нагрузочная диаграмма при ступенчатой нагрузке в режиме

Двигатели режима продолжительное время работать не могут даже без нагрузки (из за наличия постоянных потерь), поэтому время их работы ограничено каталожными значениями :

На протяжении нормированного каталожного времени двигатели режима допускают номинальную нагрузку , а затем они должны быть отключены на время, достаточное до их полного остывания.

Если данные нагрузочной диаграммы близки к каталожным данным двигателя, то его выбирают по времени работы ( ) и номинальной нагрузке ( ), при этом специальной проверки по нагреву не требуется.

Если время работы по нагрузочной диаграмме – существенным образом отличается от каталожного , то номинальную каталожную мощность двигателя следует пересчитать:

, (1.46)

где: , – коэффициент постоянных потерь (1.11) и постоянная времени нагрева выбранного двигателя, – реальное время работы двигателя по нагрузочной диаграмме.

– коэффициент постоянных потерь - отношение постоянных потерь к номинальным переменным. Обычно в зависимости от мощности двигателя, его скорости и исполнения.

При двигатель проходит по нагреву.

При использовании в кратковременном режиме двигателей, предназначенных для режимов или , их можно выбрать на меньшую мощность, чем ( ). При этом следует обеспечить такую их перегрузку, чтобы перегрев за время включения был равен допустимому .

Если соотношение , тогда полное использование этих двигателей ограничивается только их перегрузочной способностью и двигатель выбирают из условия перегрузки (1.45):

где – максимальное значение момента по нагрузочной диаграмме.

При , двигатель следует выбрать по перегрузочной способности, но необходимо также проверить его по нагреву. При этом номинальный момент выбранного двигателя режима или , необходимо пересчитать для кратковременного режима :

, (1.47)

где: – коэффициент механической перегрузки, представляющий отношение пиковой кратковременной мощности к номинальной мощности двигателя при продолжительной нагрузке.

Пренебрегая постоянными потерями по сравнению с номинальными переменными, при получим упрощенное выражение для момента двигателя режима или , используемого в кратковременном режиме:

(1.48)

Двигатель проходит по нагреву, если или .

Литература: 1, с. 473-479; 4, с. 341-343.

СРС: Определение коэффициента механической перегрузки.

Литература: 1, с. 473-479; 4, с. 341-343.

Контрольные вопросы:

1.Как рассчитывают мощность двигателя режима при постоянной и при переменной нагрузке?

2. Нужно ли проводить проверку двигателя продолжительного режима по перегрузочной способности ?

3.Требуют ли двигатели номинального кратковременного режима работы проверки по нагреву?

4. Как пересчитывается нагрузочная диаграмма при ступенчатом графике нагрузки?

5. Допустим ли использовать в кратковременном режиме двигатели, которые предназначены для режимов или ?

ЛЕКЦИЯ 10

Расчет мощности и выбор двигателей номинального повторно-кратковременного режима работы.

Для номинального повторно-кратковременного режима работы ( ) выпускаются специальные серии двигателей, в которых мощность указывается для каталожной номинальной продолжительности включения . Как было указано выше, продолжительность цикла в этом режиме не превышает 10 мин. В противном случае двигатель относят к продолжительному режиму работы.

Особенностью выбора двигателя в режиме является необходимость учета влияния переходных режимов пуска и торможения на нагрев двигателя.

Расчет мощности осуществляется в следующей последовательности:

1. Предварительно двигатель выбирают по нагрузочной диаграмме механизма с учетом коэффициента динамичности по средней или среднеквадратичной мощности.

Средняя расчетная мощность при реальной ПВ_Р, определяемой нагрузочной диаграммой:

. (1.49)

Среднеквадратичная эквивалентная расчетная мощность при реальной ПВ_Р:

, (1.50)

где , … – участки времени работы двигателя, без учета пауз.

Реальную продолжительность включения рассчитывают по нагрузочной диаграмме механизма:

(1.51)

Время работы за цикл представляет собой сумму времен работы на отдельных участках цикла:

Осуществляют перерасчет средней или среднеквадратичной расчетной мощности к ближайшей стандартной номинальной :

(1.52)

Предварительно выбирают двигатель по расчетной мощности при номинальной , с учетом необходимой скорости.

2. Выполняют построение упрощенной нагрузочной диаграммы двигателя.

При построении нагрузочной диаграммы двигателя, с целью учета его нагрева в переходных режимах, на нагрузочной диаграмме механизма статический момент следует увеличить на участках пуска и разгона двигателя, и уменьшить - на участках торможения, на величину динамического момента (1.25):

где – суммарный момент инерции (1.26):

где – момент инерции предварительно выбранного двигателя;

– момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя.

Угловое ускорение определяется по тахограмме движения механизма или по заданному линейному ускорению :

, (1.53)

где – радиус инерции, м.

После расчета строится упрощенная нагрузочная диаграмма двигателя, которая включает участки пуска и торможения (рис. 10.4).

Рис. 1.27 Упрощенная нагрузочная диаграмма двигателя

3. После построения нагрузочной диаграммы двигателя осуществляют проверку предварительно выбранного двигателя по перегрузочной способности. Для этого из нагрузочной диаграммы двигателя выбирают максимальный момент .

Если – двигатель удовлетворяет условиям перегрузки.

Если двигатель не проходит по перегрузочной способности, необходимо выбрать следующий по мощности двигатель и повторить проверку (п.2,3).

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 Следующая ⇒