Файл: Глава 24.doc

Потери в двигателях примерно пропорциональны квадрату тока в его обмотках. Зная график тока, протекающего по обмоткам двигателя, можно определить для каждого конкретного режима работы значение тока I_э, характеризующее его нагрев.

Эквивалентный ток I_э - это такой неизменный по величине ток, который вызывает такой же нагрев электродвигателя, как и реально протекающий изменяющийся по величине ток в соответствии с графиком нагрузки механизма.

(24.7)

Условие проверки двигателя на нагрев будет:

(24.8)

Формула (24.8) справедлива, если постоянные потери ΔР_с за время цикла не изменяются, а также соблюдены условия, необходимые при применении метода средних потерь.

Метод эквивалентного момента

Если момент двигателя пропорционален току, то можно пользоваться методом эквивалентного момента.

Эквивалентный момент – это такой постоянный момент нагрузки, который вызывает такой же нагрев двигателя, как и реально изменяющийся момент в соответствии с графиком работы механизма.

(24.9)

Условие правильности выбора двигателя М_э≤М_н.

Этот метод применим для двигателей постоянного тока с независимым возбуждением, для асинхронных двигателей и других, когда момент пропорционален току.

Метод эквивалентной мощности

Если скорость двигателя изменяется мало и можно считать, что , то эквивалентная мощность будет:

(24.10)

Производить проверку двигателя на нагрев по эквивалентной мощности можно для нерегулируемых по скорости электродвигателей, у которых момент пропорционален току. Условие правильности выбора электродвигателя

24.3. Нагрузочные диаграммы и тахограммы

Основой для выбора элек-тропривода и расчета его мощ-ности являются нагрузочная диаграмма и диаграмма скоро-сти (тахограмма). Нагрузочные диаграммы (рис.24.3) подраз-деляются на диаграммы произ-водственного механизма и электропривода.

Нагрузочной диаграммой производственного механизма называется зависимость приве-денного к валу двигателя ста-тического момента (мощности) нагрузки от времени М_с(t). Она рассчит

а)

ывается на основании технологических данных, харак-теризующих работу механизмов (машин).

Рис.24.3. Нагрузочные диаграммы и тахограмма:

а – нагрузочная диаграмма механизма; б – тахограмма; в – график динамического момента; г – нагрузочная диаграмма электропривода

б)

агрузочной диаграммой электропривода механизма на-зывается зависимость момента электродвигателя (алгебраическая сумма статического и динамического моментов) от времениМ(t).

в)

иаграммой скорости, или тахограммой, называется зависимость скорости движения исполнительного органа от времениω_ио(t) или V_ио(t).

г)

24.4. Классификация номинальных режимов работы электродвигателей

В зависимости от нагрузочной диаграммы электродвигателя различают восемь режимов работы: S1...S8. Режимы S1...S3 являются основными. Их номинальные данные включаются в паспорт и каталоги на электродвигатели:

Продолжительный номинальный режим (S1) – режим работы электродвигателя при неизменной нагрузке такой продолжительности, при которой превышение температуры электродвигателя достигает установившегося значения. Графики изменения момента М, потерь мощности ΔР и температуры τ⁰, соответствующее режиму S1, приведены на рис.24.4а.

Впаспортных данных двигателя указываются номинальная мощностьР_н, скорость вращения n, напряжение U_н, ток I_н, соответствующие режиму S1.

а)

б)

в)

а)

ис.24.4. Зависимость мощности на валу двигателя, потерь и превышения температуры от времени при режимах: а)S1; б) S2; в) S3

Кратковременный номинальный режим (S2) – это режим, в котором периоды нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя. При этом за время работы двигателя превышение температуры не достигает установившегося значения, а при отключении все части электродвигателя охлаждаются до температуры окружающей среды. Режим характеризуется мощностью (моментом) и временем включения. Стандартная продолжительность рабочего периода составляет 10, 30, 60, 90мин.

Графики, характеризующие кратковременный режим работы, показаны на рис.24.4б. Иногда в информационных материалах содержатся данные о мощности, напряжении, токе, частоте вращения при стандартных длительностях включения.

Повторно-кратковременный номинальный режим (S3) – это режим, при котором кратковременные периоды нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя, причем за время работы превышение температуры двигателя не достигает установившегося значения, а при отключении двигатель не успевает остыть до температуры окружающей среды (рис.24.4в). Режим S3 характеризуется нагрузкой и продолжительностью включения (ПВ):

(24.11)

Стандартные значения ПВ, на которые рассчитываются и выпускаются электродвигатели, предназначенные для работы в режиме S3, составляют 15, 25, 40 и 60%. Максимальная продолжительность цикла не должна превышать 10 мин.

Номинальные режимы S4...S8 введены для того, чтобы упростить задачу выбора электродвигателей, работающих в этих режимах [4-16]. Здесь ограничимся лишь упоминанием этих режимов: повторно-кратковременный режим работы с частыми пусками – S4; повторно-кратковременный режим работы с частыми пусками и электрическим торможением – S5; перемежающий режим работы – S6, когда после периода работы электродвигатель не отключается, а продолжает работать вхолостую; время цикла принимается 10мин; перемежающий режим работы с частыми реверсами – S7; перемежающий режим работы с двумя и более скоростями – S8.

24.5. Порядок выбора электродвигателя по мощности при различных режимах работы

Продолжительный режим S1.

Определяется мощность производственного механизма, если нагрузка за время работы изменяется, то определяется эквивалентная мощность (момент или ток).

(24.12)

где F, М - сила, момент сопротивления, приведенный к валу двигателя, Н и Нм; V_н, ω_н- номинальная линейная и угловая скорости механизма и двигателя соответственно, м/с, с^-1; - кпд передачи.

По каталогу выбирается электродвигатель из условия

(24.13)

где Р_н.дв- номинальная мощность электродвигателя по каталогу; К_з=1,05÷1,2 - коэффициент запаса, учитывающий неточности расчета сил сопротивления.

Электродвигатель при необходимости проверяется на перегрузочную способность по условиям пуска

(24.14)

(24.15)

где М_с, М_д- статический и динамический моменты сопротивления, Нм; J - приведенный к валу электродвигателя суммарный момент инерции, кгм²; а– норми-рованное значение линейного ускорения, м/с²; t_п- время пуска.

Рис.24.5. Механическая характеристика асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с провалом при малых скоростях

синхронные короткозамкну-тые электродвигатели проверяют-ся по пусковому и минимальному моментам (рис.24.5)

или

, гдеМ_п, М_мин- пусковой и минимальный мо-менты электродвигателя; М_с.п – момент сопротивления при ско-рости, равной нулю; К_з – коэффициент запаса, равный 1,2.

Кратковременный режим S2

Определяется мощность (момент) нагрузки и время работы электродвигателя. Если нагрузка за время работы изменяется, то определяется эквивалентная мощность (момент).
Если время работы электродвигателя совпадает со стандартным, то по каталогу выбирают электродвигатель из условия . Если время работы не совпадает со стандартным, то пересчитывают на ближайшее стандартное значение по формуле

(24.16)

здесь t_p, t_н- расчетное и стандартное время работы электродвигателя, с;

- отношение постоянных потерь к переменным при номинальной нагрузке .

где Т_н- постоянная времени нагрева электродвигателя; определяется для электродвигателя мощностью, равной Р_э; R=R_я+R_дп – для двигателей постоянного тока независимого возбуждения; R=R_я+R_дп+R_в – для двигателей постоянного тока последовательного возбуждения; - для асинхронного двигателя;R=3R₁ – для синхронного двигателя.

По Р_э.ст выбирают электродвигатель для принятого стандартного времени из условия Р_н.дв≥Р_э.ст. Если t_p>t_рн.ст, электродвигатель должен быть проверен на допустимую нагрузку.

Асинхронный короткозамкнутый двигатель проверяется по пусковому моменту: М_п≥1,2М_{ст.макс} и перегрузочной способности М_макс>М_с.макс, где: М_с.макс – максимальный статический момент. Если для кратковременного режима работы выбирается двигатель, предназначенный для продолжительного режима, то

(24.17)