Файл: Реферат Выбор мощности эд для продолжительных режимов работы.docx
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 48
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Таким образом, для выбора мощности двигателя необходимы тепловые расчеты, которые бы убедили, что при его работе температура не превысит максимально допустимую. Однако эти расчеты могут быть выполнены только для конкретного двигателя, для которого известны номинальная мощность, КПД, момент инерции и т.п. При этом предварительно должны быть построены так называемые нагрузочные диаграммы, т.е. графики изменения тока, момента, скорости двигателя в производственных циклах работы приводимого механизма. Следовательно, мощность двигателя не может быть определена однозначно, а приходится как-то ориентировочно выбирать двигатель, а затем проверять его соответствие заданным условиям. При этом часто приходится идти по пути последовательных приближений и каждый раз производить расчеты динамики привода и строить нагрузочные диаграммы. Выбранный по условиям нагрева двигатель должен быть проверен на перегрузочную способность применительно к тем пикам нагрузки, которые могут иметь место в нагрузочных диаграммах.
Перегрузочная способность двигателя постоянного тока ограничивается условиями коммутации. С ростом тока возрастает ЭДС в короткозамкнутых секциях и соответственно увеличивается искрение на коллекторе. Однако эта ЭДС зависит и от скорости вращения двигателя и соответственно при пониженной скорости допустимое значение тока несколько увеличивается. Для большинства двигателей постоянного тока перегрузочная способность по току
при номинальной скорости вращения находится в пределах 2,5-3. Для двигателей независимого возбуждения то же значение имеет и перегрузочная способность двигателя по моменту 
= . У двигателей последовательного и смешанного возбуждения в результате возрастания магнитного потока с ростом тока 
. Для высокомоментных и малоинерционных двигателей перегрузочная способность выше; она может достигать =4-6.Перегрузочная способность асинхронного двигателя ограничена его максимальным моментом на механической характеристике. Для двигателей, выпускаемых электротехнической промышленностью, он составляет 1,7-2,3 номинального
значения. Следует иметь в виду, что пусковой и максимальный моменты асинхронного двигателя пропорциональны квадрату приложенного напряжения. Учитывая возможные понижения напряжения в сети переменного тока до 0,9
при расчетах следует принимать перегрузочную способность 0,81
.Для некоторых приводов, обеспечивающих экстремальные режимы с форсированными условиями разгона и торможения, с большими мгновенными перегрузками, значение максимально допустимого момента или тока иногда является определяющим.
Именно по перегрузочной способности приходится выбирать двигатель. В частности, в следящих приводах, для которых нагрузочная диаграмма не может быть заранее установлена, двигатель в большинстве случаев приходится выбирать по допустимому значению
.f. Выбор мощности двигателя для длительного режима работы
Наиболее прост выбор мощности двигателя для длительного режима работы с постоянной нагрузкой и скоростью. В этом режиме работают, например, насосы, компрессоры, воздуходувки. Пуски и остановки чрезвычайно редки и, следовательно, пусковые и тормозные процессы не влияют на температуру обмоток. Поэтому номинальная мощность двигателя определяется непосредственно по усредненной статической мощности нагрузки с учетом потерь в механической передаче.
Значительно сложнее выбрать двигатель для работы в длительном режиме с переменной нагрузкой, особенно с частыми разгонами и торможениями механизма в процессе работы. В этом случае уже невозможно однозначно оценить мощность двигателя. Необходим предварительный выбор номинальной мощности по статической нагрузке с учетом некоторого коэффициента, определяющего влияние динамических процессов на нагрев обмоток, а затем проверка правильности предварительного выбора по рассчитанным нагрузочным диаграммам, представляющим собой зависимости тока, момента, скорости от времени.
Как отмечалось выше, производить проверку температуры обмоток построением кривых невозможно и приходиться использовать более простые методы. Наиболее точную оценку правильности выбора мощности дает метод средних потерь
, который исходит из того, что средние потери в двигателе не должны быть выше потерь при номинальном режиме. Тогда можно ожидать, что температура обмоток двигателя не превысит допустимую.
Длительность отдельных участков на нагрузочных диаграммах промышленного привода, как правило, не превышает нескольких минут, а иногда даже измеряется секундами. Тепловая же постоянная двигателя обычно составляет десятки минут и даже несколько часов. Поэтому при длительном режиме работы пульсации температуры в установившемся режиме весьма велика и без большой погрешности можно полагать, что максимальная температура в процессе отработки нагрузочной диаграммы практически не отличается от средней регистрируемой за время t = (3-4)
.Для нахождения потерь на отдельных участках нагрузочной диаграммы обычно приходится использовать упомянутое выше весьма достоверное предположение, что при номинальном режиме постоянные потери (потери в магнитопроводе) и потери в меди равны. Тогда нетрудно найти потери при любой частичной нагрузке:
(1)
Рисунок 2
Следует иметь ввиду, что при работе с переменной скоростью вращения потери в стали не будут постоянными, в первом приближении они пропорциональны скорости.
Большинство производственных агрегатов работает в циклическом режиме, причем рабочий цикл соответствует изготовлению одного изделия. Следовательно, график нагрузки имеет циклический характер и нет необходимости находить средние потери за длительный период времени, равный (3 – 4)
, а достаточно подсчитать потери за цикл, который, как правило, содержит не более 15-20 участков. Поэтому формулу для средних потерь можно записать в следующем виде:
, (2)где
– потери на одном участке цикла, Вт; 
– длительность участка, с.Эта формула может быть получена аналитически, исходя из графика изменения температуры, принимаемого на отдельных участках нагрузочной диаграммы в виде отрезков экспоненциальных кривых.
Если в нагрузочной диаграмме имеются участки, соответствующие работе с пониженной скоростью, а также промежутки времени, соответствующие пусковым и тормозным режимам, то следует учесть влияние скорости на теплоотдачу и соответственно на тепловую постоянную времени. Рекомендуется учитывать ухудшение теплоотдачи введением коэффициентов α и β в формулу средних потерь, которые как бы уменьшают суммарное время, что приводит к увеличению расчетного значения средних потерь. Так, при работе двигателя по трапецеидальной диаграмме скорости (рис.2) можем написать:
(3)где
– потери при разгоне и торможении; 
– потери в установившемся режиме; 
– длительность рабочих интервалов и паузы.Выше было отмечено, что приближенно в машине постоянного тока (МПТ)
= 0.5А, а в асинхронном двигателе (АД) = 0.25А. Теплоотдачу в переходных процессах пуска и торможения можно принимать равной среднему из ее значений при неподвижном состоянии и при нормальной скорости А: = ( А+ )/2. Следовательно, можно рекомендовать следующие значения коэффициентов, учитывающих ухудшение теплоотдачи: 
Рассмотренный метод средних потерь дает удовлетворительные результаты, однако он требует данных о потерях в двигателе и сравнительно больших затратах времени на выполнение расчетов; поэтому он не получил широкого распространения. На практике применяют методы эквивалентного тока и эквивалентного момента, которые непосредственно вытекают из метода средних потерь.
Потери в двигателе при нагрузке, отличной от номинальной,
+
, где
(4)Подставляя выражение для потерь на каждом участке графика в формулу (2), получаем:
(5)Раскрываем скобки в числителе и объединяем члены, содержащие постоянные потери:
(6)Тогда:
(7)или, введя токи на участках, получим
(8)В окончательном виде будем иметь:
(9)Получили выражение для так называемого эквивалентного или среднего квадратического тока, соответствующего средним потерям в рассматриваемом режиме двигателя.
Условия нормальной работы двигателя без перегрева:
(10)Следует иметь ввиду, что в числитель выражения (10) входят квадраты тока на отдельных участках, а в знаменатель – время рабочего цикла с учетом пауз. При наличии пауз в рабочем цикле постоянные потери в эквивалентном режиме двигателя в соответствии с левой частью выражения (8) будут больше постоянных потерь в реальном режиме. Поэтому, приравнивая постоянные потери в левой и правой части выражения (8) и сокращая их, мы вносим погрешность, которая будет тем больше, чем больше относительное время отключенного состояния двигателя в цикле работы.
Если в рабочем цикле есть участки с пониженной скоростью, в том числе участки разгона и торможения, и паузы, то необходимо учитывать ухудшений условий охлаждения на этих участках. Для этого можно, как и в методе средних потерь, вводить коэффициенты α и β в некоторые члены знаменателя формулы (10). При этом для режима работы двигателя по трапецеидальной диаграмме скорости аналогично выражению (3) следует записать:
(11)Обрабатывая экспериментальную или расчетную кривую тока, приходится заменять участок с линейным нарастанием тока с I = const. При этом, чтобы не вносить погрешность в расчет следует вводить не среднее арифметическое значение, а среднее квадратическое, которое может быть рассчитано как
(12)где
– токи в начале и в конце участка; ˄I – приращение тока на участке.При экспериментальной проверке загрузки двигателя целесообразно воспользоваться счетчиком амперквадратчасов с