Дрючин В.Г., Ткачев Р.Ю. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи

Подождите немного. Документ загружается.

371

По данным каталога в качестве приводного двигателя можно

использовать асинхронный короткозамкнутый двигатель типа А2-61-6:

=380/220 В; Р

ном

=10 кВт; n

=965 об/мин;

=0,87; М

пуск

/М

ном

=1,2; М

max

/М

ном

=1,8.

Из графика нагрузки следует, что момент нагрузки на отдельных участках

оказывается больше максимально допустимого момента двигателя. Поэтому

после выбора двигателя его необходимо проверить по перегрузочной

способности, исходя из условия М

max

≤

max.доп

где М

max

– максимальный момент на валу двигателя;

max.доп

– максимально допустимый момент двигателя.

Для асинхронного двигателя M

max.доп

=0,9

кр

⋅

. Здесь М

кр

– критический

момент двигателя.

В данном случае:

номинальный момент двигателя

;мН99

965

9550

9550М

ном

⋅=⋅=⋅=

максимальный момент (критический)

;мН178998,1ММ

номкр

⋅

максимальный статический момент

9550М

.х.х

ст

⋅=

где Р

= ;кВт122,110

ном

пуск

ном

=⋅=⋅

х.х.

– скорость холостого хода (без нагрузки);

372

.мН117

980

9550М

ст

⋅=⋅=

Перегрузочной способности двигатель удовлетворяет, так как выполняется

условие

.117М1601789,0М9,0

сткр

⋅

Убедившись в том, что предварительно выбранный двигатель допускает

заданный режим нагрузки по нагреву, надлежит проверить правильность выбора

по перегрузочной способности двигателя. Для асинхронных двигателей

перегрузочная способность – это отношение максимального момента двигателя к

моменту нагрузки. Для двигателей, пускаемых под нагрузкой, проверяется также

отношение пускового момента двигателя к необходимому пусковому моменту,

определяемому суммой статической и динамической нагрузок при пуске. Эти

отношения должны превышать единицу в тем большей мере, чем больше

возможное понижение напряжения при работе или пуске двигателя.

Для двигателей постоянного тока перегрузочной способностью считается

отношение максимально допустимого тока, указываемого в каталожных данных

двигателя, к току при предполагаемой нагрузке. При этом перегрузочная

способность двигателя должна бать проверена также при пуске и торможении.

1.9 Выбор двигателя по мощности для кратковременного

режима работы

Кратковременным режимом работы электродвигателя (рис. 1.14)

называется такой режим, при котором в период нагрузки температура двигателя

не успевает достигнуть установившегося значения, а в период отключения

снижается до температуры окружающей среды (рис. 1.15).

373

Подобным режимом работы характеризуются приводы шлюзов,

разводных мостов, отдельных элементов металлорежущих станков (например,

подвода инструмента к изделию).

При кратковременном режиме работы (S2) двигателя определение

величины допустимой мощности производится на основании условия, что

наибольшая допустимая температура двигателя в конце рабочего периода будет

равна установившейся температуре в случае длительной нагрузки его

номинальной мощностью.

Рисунок 1.14 – График работы приводного электродвигателя для работы

механизма с кратковременной нагрузкой

Рисунок 1.15 – Кривая изменения температуры двигателя при

кратковременной нагрузке

374

В первом случае наибольшая допустимая температура будет иметь место

через определенный, вполне конечный промежуток времени, а во втором – через

бесконечно долгое время.

Для кратковременной работы можно выбрать двигатель меньшей

мощности, чем при длительной, проверив его по перегрузочной способности. Эта

мощность будет определяться электрическими и конструктивными свойствами

двигателя, его габаритами и отдельными параметрами.

Мощность двигателя в этом случае определяют исходя из его

перегрузочной способности, характеризующейся коэффициентом тепловой

перегрузки. Этот коэффициент показывает, во сколько раз потери при выбранной

предельно допустимой кратковременной мощности двигателя превышают потери,

соответствующие допустимой продолжительной мощности последнего, т.е.

кр

∆

= - коэффициент тепловой перегрузки.

Так как двигатель охлаждается до температуры окружающей среды, то

=0 и τ= ;e1













−⋅

−

(

)

;

нн

∆

=−⋅

∆

∞−

.e1

кр













−⋅

∆

−

Так как τ

кр

=τ

375

,e1

кр













−⋅

∆

−

или

;1e1

кр













−⋅

∆

−

так как р

кр

∆

, то .1e1р













−⋅

−

Преобразовав данное выражение, получим:

;

е1

=−

−

;

−

;

1р

−

1р

−

или

1р

lnTt

−

⋅=

(1.42)

Выражение (1.42) представляет собой расчетную формулу для

определения допустимой продолжительности работы двигателя с перегрузкой

кр

∆

= и потерями мощности ΔР

кр

376

Если считать, что потери в двигателе пропорциональны квадрату тока и

мощность его пропорциональна току (если пренебречь постоянными потерями, а

для асинхронных двигателей, кроме того, считать постоянным и cosφ), то можно

записать:

;

rIk

кр













⋅⋅

∆

отсюда .pII

нk

⋅=

Тогда при U=const, cosφ= const и

≡

.pPP

нk

⋅= (1.43)

Использование для кратковременной работы двигателей

общепромышленного назначения, изготовленных для работы в длительном

режиме, нецелесообразно. Для двигателей постоянного тока кратковременная

перегрузка определяется прежде всего условиями обеспечения безыскровой

коммутации на коллекторе. Кроме того, для того чтобы двигатель работал с

полной загрузкой, температура изоляции его токоведущих частей должна

достигать предельно допустимых значений. Но различные части двигателя имеют

разные по величине постоянные времени нагревания. Например, якорь достигает

установившейся температуры позже, чем коллектор или обмотка возбуждения,

так как он имеет лучший контакт со стальным магнитопроводом и лучшие

условия теплоотдачи от меди к стали и от стали в окружающую среду. Поэтому в

кратковременном режиме коллектор и обмотка возбуждения не будут

использованы полностью по условиям нагревания. В двигателе переменного тока

перегрузочная способность определяется наибольшим (критическим) значением

вращающего момента двигателя. При этом обмотки ротора и статора равномерно

недоиспользуются по условиям нагревания.

377

Для того чтобы обеспечить большую нагрузочную способность

кратковременно работающих двигателей, промышленностью выпускаются

специальные серии двигателей. Такие двигатели изготавливаются для

продолжительности работы 15, 30 и 60 мин. Двигатели постоянного тока

выполняются с усиленным коллектором и обмоткой возбуждения, рассчитанной

на повышенную плотность тока. Двигатели переменного тока имеют обмотки

ротора и статора, также рассчитанные на более высокие плотности тока, чем для

длительного режима работы, для лучшего их использования по условиям

нагревания.

Для перехода от мощности двигателя для одного значения

продолжительности работы к другому пользуются формулой (1.42), если

известны постоянные времени нагревания двигателя и коэффициент тепловой

перегрузки.

Пример 1.10. Электродвигатель переменного тока типа МТ-42-8

(крановый) работает в режиме кратковременной нагрузки.

Определить постоянную времени нагревания двигателя по его

каталожным данным:

а) длительный режим:

=7 кВт; η=77,5 %;

б) часовой режим:

=13 кВт; η=88,5 %.

Потери мощности при длительной нагрузке

05,27

775,0

=−=−=∆

кВт.

Потери мощности при кратковременной (часовой) нагрузке

75,213

825,0

кр

=−=−=∆

кВт.

378

Коэффициент тепловой перегрузки

34,1

05,2

75,2

кр

∆

= .

Постоянная времени нагревания

5,37

34,0

34,1

−

мин.

1.10 Выбор двигателя по мощности для повторно-

кратковременного режима работы

Повторно-кратковременный режим работы (S3) является промежуточным

между продолжительным с переменной нагрузкой и кратковременным режимами.

Повторно-кратковременным режимом работы электродвигателя называется такой

режим, при котором рабочий период чередуется с периодом отключенного

состояния (паузой). При этом температура за время работы двигателя не

достигает установившегося значения, а за время паузы не успевает снизиться до

температуры окружающей среды. Лишь за длительное время работы температура

двигателя постепенно приблизится к допустимой τ

доп

, соответствующей

номинальной мощности (рис. 1.16).

Номинальной мощностью электродвигателя в повторно-

кратковременном режиме является наибольшая мощность, при которой

двигатель эффективно может работать (при номинальных условиях)

неопределенно долгое время, не перегреваясь выше допустимой температуры. В

этом режиме работают подъемные краны, экскаваторы, прессы и штамповочные

машины, центрифуги периодического действия, некоторые металло-

обрабатывающие станки и др.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуется

относительной продолжительностью включения ПВ, которая

379

определяется отношением времени работы двигателя к общей

продолжительности цикла, чаще всего выражается в процентах

%.100

%100

%ПВ

ор

⋅

=⋅= (1.44)

Рисунок 1.16

В период работы двигателя входят пусковой и тормозной режимы. При

частых пусках в ход и отключениях тепловые процессы, протекающие в

двигателе, существенно отличаются от условий нагревания при длительной

непрерывной нагрузке.

Теплоотдача двигателя при повторно-кратковременном режиме

отличается от теплоотдачи при непрерывной работе, так как охлаждение

неподвижного двигателя происходит менее интенсивно, чем вращающегося.

Из-за частых пусков в ход электродвигатели, используемые при повторно-

кратковременном режиме работы, должны иметь увеличенный пусковой момент,

т.е. усиленную механическую конструкцию. Это обстоятельство приводит к

целесообразности изготовления особых серий электродвигателей для повторно-

кратковременного режима работы.

380

К таким специализированным двигателям относятся двигатели серий

МП и МТ (крановые и металлургические) постоянного и трехфазного тока.

Мощности этих двигателей указываются для ПВ=15, 25, 40, 60 и 100%.

Выбор двигателя при повторно-кратковременном режиме следует

производить по методу определения средних потерь, которые после этого

сравниваются с величиной потерь при заведомо допустимой нагрузке. Так как при

различных значениях ПВ различны и условия охлаждения, такое сравнение

следует производить с данными, указанными в каталоге для ПВ, ближайшего к

полученному при расчете.

Если пренебречь постоянными потерями и считать, что нагрузочные

потери пропорциональны отдаваемой мощности, то эквивалентная

длительная мощность двигателя может быть принята равной (см рис. 1.17):

tttt

tРtРtРtР

4321

+++

⋅+⋅+⋅+⋅

Если умножить числитель и знаменатель подкоренного выражения на

время работы двигателя (t

)

+++⋅+++

+++⋅⋅+⋅+⋅+⋅

)tttt()tttt(

)tttt()tРtРtРtР(

43214321

43214

;ПВ

tttt

tРtРtРtР

4321

⋅

+++

⋅+⋅+⋅+⋅

или Р

= ,ПВР ⋅

′

(1.45)

где

′

- мощность двигателя, представляющая собой среднеквадратичное

значение мощности по графику заданной нагрузки без учета пауз.

Эта величина носит название эквивалентной постоянной мощности для

заданного цикла.