Файл: Электрический привод.pdf

187
Уменьшение колебаний электромагнитного момента двигателя за счёт энергии маховых масс снижает переменные потери в нём, а также требования к перегрузочной способности, т.е. позволяет использовать двигатель меньшей мощности.
При малом моменте инерции механизма в приводах, работающих с удар- ной нагрузкой, на промежуточном валу устанавливают маховик, рассчитанный так, чтобы в наиболее тяжёлых условиях момент двигателя не превышал допус- тимого значения. Это техническое решение встречается во всех приводах прес- сов, штампов, ножниц и т.п. механизмов. Такие приводы называются махови- ковыми.
Строго говоря, колебания момента и скорости вращения двигателя зависят не от момента инерции, а от величины электромеханической постоянной вре- мени
/
m
T
J h
=
. Поэтому выровнять нагрузку на двигатель и ограничить его момент можно не только установкой маховика, но также снижением жёсткости механической характеристики. Однако уменьшение жёсткости приводит при тех же колебаниях момента к увеличению колебаний скорости вращения, что не всегда допустимо. Кроме того, если уменьшение жёсткости механической ха- рактеристики достигается введением добавочных сопротивлений, то это снижа- ет КПД привода. Поэтому оптимизация маховикового привода является слож- ной многокритериальной задачей, в которой нужно найти правильное соотно- шение между моментом инерции маховика, типом и мощностью двигателя, а также параметрами его механической и скоростной характеристик.
Особенностью механизмов циклического действия является наличие в цикле одного или не- скольких пусков, реверсов, тор- можений. Например, для меха- низма подъёмника с уравнове- шенным канатом может быть за- дана тахограмма цикла ( )
t
ω (рис.
4.7), включающая длительности пуска
s
t
, движения с постоянной скоростью
w
t , остановки
b
t пау- зы в работе
0
t
. Графику скорости соответствует диаграмма углово- го ускорения ( )
t
ε , в соответствии с которой при известном моменте инерции можно определить динамические моменты на участках пуска и тор- можения ( )
d
M t . Статический момент нагрузки при движении подъёмника оста-
ётся постоянным const
c
M
=
, поэтому нагрузочная диаграмма привода получа- ется суммированием ( )
( )
c
d
M t
M
M t
=
+
Рис. 4.7

188
Из рис. 4.7. следует, что в механизме циклического действия, в отличие от механизма непрерывного действия, динамические нагрузки увеличивают коле- бания момента и, следовательно, потери в двигателе, а также необходимый за- пас мощности. Физически это объясняется тем, что в начале каждого цикла двигатель должен передать нагрузке кинетическую энергию, соответствующую скорости движения в конце пуска, а по окончании цикла эту энергию он должен утилизировать полностью. В механизмах непрерывного действия двигатель компенсирует только колебания запаса кинетической энергии, соответствую- щие колебаниям скорости вращения, что, учитывая квадратичную зависимость от скорости вращения, существенно меньше.
В начале проектирования электропривода до того как выбран двигатель расчёт нагрузочной диаграммы невозможен, т.к. неизвестны его параметры и характеристики. Поэтому на начальном этапе по нагрузочной диаграмме ис- полнительного механизма производится предварительный выбор двигателя.
Причём для механизмов непрерывного действия ориентировочно учитывается возможное сглаживание нагрузочной диаграммы и соответствующее снижение потерь в двигателе, а для механизмов циклического действия возможное увели- чение нагрузки за счёт динамических моментов.
Затем для выбранного двигателя рассчитывают нагрузочную диаграмму и проверяют двигатель по нагреву. Если он оказывается перегруженным или не- доиспользованным, то повторяют выбор и проверку.
4.4. Стандартные номинальные режимы работы двигателей
Выбор двигателей производится на основе справочных данных по номи- нальным значениям мощности, напряжения, тока и скорости вращения, соот- ветствующим номинальной нагрузке, т.е. нагрузке при которой двигатель при температуре окружающей среды +40
°С нагревается до допустимой температу- ры. Температура +40
°С принята ГОСТ 183-73 в качестве базовой для определе- ния номинальной нагрузки двигателя. Поэтому допустимое превышение темпе- ратуры двигателя, соответствующее классу изоляции его обмоток
[ , , , , , , ]
Z
Y A E B F H C
=
равно max max
40
Z
t
τ
=
−
. (4.22)
Отсюда, зная номинальную мощность
N
P и КПД
N
η , можно определить коэффициент теплоотдачи двигателя в номинальном режиме работы max max
(1
) /
/
40
N
N
N
N
N
Z
P
A
P
t
− η
η
= Δ
τ
=
−
. (4.23)
Таким образом, температура является критерием, по которому определяет- ся режим работы электрических машин.
На практике существует бесконечное разнообразие механизмов, приводи- мых в движение электродвигателями, и режимов их работы. Это в принципе не позволяет создать какую-либо единую методику выбора двигателя по мощно- сти и перегрузочной способности. Поэтому в машиностроении приняты в каче- стве номинальных несколько режимов, соответствующих международной клас-

189
сификации. Они имеют условные обозначения S1
…S8. Нагрузочные диаграммы и кривые температур для этих режимов приведены в таблице 4.3.
Продолжительным номинальным режимом работы (S1) называется ре- жим работы с постоянной нагрузкой в течение времени, достаточного для того, чтобы достичь установившегося значения температуры. Время работы в этом режиме во много раз превышает постоянную времени нагрева. Для двигателей, рассчитанных на длительный режим работы, установившееся превышение тем- пературы в этом режиме при номинальных параметрах источника питания и на- грузки равно предельно допустимому значению max
∞
τ = τ .
Кратковременным номинальным режимом работы (S2) называется ре- жим, при котором интервалы времени
w
t , когда двигатель работает с номиналь- ной нагрузкой, чередуются с интервалами отключённого состояния. Причём за время работы двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время отключённого состояния он охлаждается до температуры окружаю- щей среды. В этом режиме стандартом рекомендуются следующие номиналь- ные продолжительности рабочего интервала:
10, 30, 60, 90
w
t
=
мин.
Повторно-кратковременным номинальным режимом работы (S3) называ- ется режим, при котором интервалы кратковременной работы с номинальной нагрузкой
w
t (рабочие интервалы) периодически чередуются с интервалами от- ключённого состояния
0
t
(паузы). Причём длительности обоих интервалов не- достаточны для нагрева до установившейся температуры и охлаждения до тем-
Таблица 4.3.
Стандартные номинальные режимы работы двигателей

190
пературы окружающей среды. Таким образом, среднее за период значение тем- пературы двигателя выше температуры окружающей среды.
В этом режиме продолжительность цикла
0
c
w
t
t
t
= +
не превышает 10 мин и режим характеризуется продолжительностью включения, определяемой в процентах как
0
ПВ
100 100
w
w
w
c
t
t
t
t
t
=
=
+
. (4.24)
Стандартом предусмотрены следующие продолжительности включения:
15, 25
,
40 и 60%. Причём основными номинальными режимами являются
ПВ 25%
=
и ПВ 40%
=
Повторно-кратковременным номинальным режимом работы с частыми
пусками (S4) называется режим, при котором интервалы пуска
s
t и кратковре- менной работы с постоянной номинальной нагрузкой
w
t
чередуются с паузами, в которых двигатель отключается от источника питания. При этом длительно- сти интервалов недостаточны для того, чтобы температуры могли достичь ус- тановившихся значений. В этом режиме, в отличие от режима S3, пусковые по- тери существенно влияют на тепловой режим двигателя.
Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включе- ния, числом пусков в час и коэффициентом инерции привода. Относительная продолжительность включения определяется как
0
ПВ
100 100
s
w
s
w
s
w
c
t
t
t
t
t
t
t
t
+
+
=
=
+ +
. (4.25)
Нормированными значениями продолжительности включения являются
ПВ=15, 25
,
40 и 60%. Нормированное число пусков в час : 30, 60, 120, и 240.
Момент инерции маховых масс при прочих равных условиях определяет длительность пуска и, соответственно, потери в этом режиме. Коэффициент инерции характеризует условия пуска и равен отношению суммарного приве- дённого момента инерции маховых масс привода J
Σ
к моменту инерции ротора двигателя
m
J
/
m
FI
J J
Σ
=
. (4.26)
Нормированными значениями коэффициента инерции являются: 1,2; 1,6;
3,5; 4; 6,3 и 10.
Повторно-кратковременным номинальным режимом работы с частыми
пусками и электрическим торможением (S5). Этот режим отличается от пре- дыдущего тем, что в цикле работы существуют интервалы электрического тор- можения
b
t , предшествующие паузам. Длительности всех интервалов недоста- точны для достижения установившихся значений температуры и двигатель ра- ботает в квазиустановившемся режиме.
Продолжительность включения определяется как отношение суммарной длительности активных фаз к длительности цикла

191 0
ПВ
100
s
w
b
s
w
b
t
t
t
t
t
t
t
+ +
=
+ + +
. (4.27)
Все характеристики режима и нормированные значения практически такие же, как у режима S4, только из ряда коэффициентов инерции исключены значе- ния 6,3 и 10 и добавлен
2
FI
= .
Перемежающимся номинальным режимом работы (S6) называется ре- жим, при котором кратковременные интервалы работы с номинальной нагруз- кой
w
t
периодически чередуются с интервалами работы двигателя на холостом ходу
ll
t . Температурный режим здесь также квазиустановившийся, а характери- стики и нормированные значения такие же, как у повторно-кратковременного режима S3, от которого этот режим отличается только тем, что вместо отклю- чения двигатель работает на холостом ходу.
Перемежающимся номинальным режимом работы с частыми реверсами
(S7) называется режим, при котором кратковременные интервалы работы с но- минальной нагрузкой
w
t периодически чередуются с интервалами электриче- ского торможения
w
t
и пуска
s
t
. Двигатель работает без остановки с тяжелыми переходными режимами реверса, которые существенно влияют на температур- ный режим. Характеристики и нормированные значения этого режима такие же, как у повторно-кратковременного режима S5, от которого он отличается только отсутствием паузы.
Перемежающимся номинальным режимом работы с двумя или более уг-
ловыми скоростями (S8) называется режим, при котором цикл включает интер- валы работы на разных скоростях вращения и соответствующие интервалы торможений и разгонов, которые оказывают значительное влияние на темпера- турный режим.
Характеристиками режима являются число циклов в час, коэффициент инерции и относительные продолжительности работы с отдельными скоростя- ми вращения, определяемые для каждой q-й скорости по формуле:
ПВ
100
tp q
wq
q
c
t
t
t
+
=
, (4.28) где
tp q
t – длительность переходного режима разгона или торможения на q-й ступени.
Нормированные значения числа циклов в час и коэффициента инерции в этом режиме такие же, как в режиме S5.
Номинальные режимы работы S1, S2 и S3 являются основными при реше- нии практических задач. Существующие методы эквивалентирования работы двигателей по нагреву позволяют успешно осуществлять выбор мощности и перегрузочной способности двигателя, пользуясь только характеристиками этих трёх режимов. Режимы S4 и S5 путём эквивалентных преобразований сво- дятся к режиму S3, а режимы S6-S8 к длительному режиму S1.

192