Головенкин А.Н. Электропривод центробежных механизмов

Подождите немного. Документ загружается.

скорости исполнительного механизма ω

макс

(ω

> ω

макс

), определяют мощность

потерь скольжения в каждой m-точке характеристики нагрузки в заданном

диапазоне изменения скорости. По полученным точкам строят зависимость ∆Р

f(s), где s = (ω

– ω)/ω

и графически определяют максимальную мощность потерь

∆Р

2sмакс

. Скорость, соответствующая максимуму потерь в роторе, определяется как

= ω

(1- s

где скольжение s

, соответствующее ∆Р

2sмакс

, определяется по кривой

∆Р

f(s) (рис.3).

В зависимости от величины диапазона регулирования скорости

максимальные потери могут находиться внутри диапазона регулирования

скорости (ω

мин

<ω

макс

) или на его краях (ω

= ω

мин

или ω

= ω

макс

При аналитическом методе характеристика нагрузки на рабочем участке

аппроксимируется выражением

= М

смакс













макс

, (6.8)

где к =

МАКС

МИН

СМАКС

СМИН

, (6.9)

смакс

, М

смин

– статические моменты нагрузки на валу двигателя,

соответствующие ω

макс

и ω

мин

(рис.2).

Скорость, соответствующая максимуму потерь, равна [1]

⋅

, s

. (6.10)

Если ω

мин

< ω

<ω

макс

, то максимальные потери тепла в роторе

определяются выражением

∆Р

2sмакс

)1(

макс













·M

cмакс

·ω

. (6.11)

При этом в частном случае вентиляторной нагрузки, когда Н

= 0,

к = 2, ω

= 2/3ω

∆Р

2sмакс













макс

·M

cмакс

·ω

. (6.12)

Если ω

< ω

мин

, то максимальные потери в роторе могут быть определены в

соответствии с выражением (6.7):

∆Р

2sмакс

= М

смин

·(ω

- ω

ин

). (6.13)

При аналитическом методе исходное уравнение выбора мощности

двигателя (6.6) может быть преобразовано в более удобное для практического

использования выражение в виде необходимого завышения номинального

момента двигателя М

над максимальным моментом механизма М

макс

·ω

≥

)1(

(ω

/ω

макс

)

·M

cмакс

·ω

. (6.14)

Введя коэффициент запаса λ

смак

, получим

≥ φ

, (6.15)

где s

– номинальное скольжение двигателя;

макс













⋅

)1(

Для Н

= 0 , предполагая что ω

≈ω

макс

, получим

≥

. (6.16)

Из полученных выражений видно, что чем меньше номинальное

скольжение, тем больше запас по моменту и мощности требуется от выбираемого

двигателя. Поэтому при рассматриваемом способе следует использовать

двигатель из серий с повышенным скольжением.

Сам процесс выбора мощности двигателя носит поверочный характер. По

максимальной нагрузке на валу двигателя М

смакс

с учётом того, что

≥ ω

макс

, предварительно выбирается двигатель по условию

> М

смакс .

(6.17)

Затем с учётом каталожного s

рассчитывается необходимый запас по моменту λ

Если условие

≥ М

смакс

·λ

(6.18)

не выполняется, то берётся следующий больший по моменту двигатель и снова

проверяется на условие (6.18). Проводится столько поверочных расчётов, пока

условие (6.18) не будет выполнено.

Если точка максимальных потерь тепла не входит в диапазон регулирования

скорости, т.е. ω

мин

> ω

, то максимум потерь тепла в роторе двигателя

определяется выражением (6.13). Условие превышения номинального момента

над максимальной нагрузкой на валу двигателя в этом случае имеет вид

·ω

·s

≥ М

смакс

·(ω

-ω

мин

). (6.19)

С учётом выражения (6.8), считая ω

≈ω

макс

, получим

≥

−

, (6.20)

где D =

мин

макс

- диапазон регулирования скорости.

Выбор мощности двигателя и рекомендации по типу двигателя аналогичны

предыдущему случаю.

Аналитический способ выбора мощности двигателя основан на

аппроксимации реальной кривой характеристики нагрузки параболой. Степень

приближения параболы к реальной кривой нагрузки определяет точность

аналитического метода. Из сказанного следует, что аналитическим методом

следует пользоваться при расчете мощности двигателя исполнительного

механизма с вентиляторной нагрузкой (Н = к·Q

), в остальных случаях более

точный результат дает графический метод.

В некоторых вариантах заданий, даже при использовании

вышеприведённых рекомендаций, не удаётся выбрать двигатель соответствующей

мощности из ряда короткозамкнутых двигателей. Требуемая мощность

получается или слишком большой (λ

> 10), или её просто нет в доступной

номенклатуре изготавливаемых короткозамкнутых двигателей. В этом случае,

если это не противоречит условиям задания курсовой работы, можно

использовать способ регулирования скорости изменением параметров статорной

цепи двигателя с фазным ротором.

Для расчёта мощности двигателя и элементов силовой цепи ротора в

рассматриваемом примере лучше использовать графический метод. Строится

зависимость потерь скольжения в роторной цепи от скорости по формуле

∆Р

= М

СТ

·(ω

–ω

), (6.21)

где ω

– скорость холостого хода асинхронного двигателя с фазным ротором,

, М

СТ

– текущие значения скорости и момента нагрузки в диапазоне

регулирования скорости ω

макс

÷ ω

мин

(рис.4).

Поскольку

∆Р

= ∆Р

доб

+ ∆Р

2Д

, (6.22)

доб

∆

ДОЬ

, (6.23)

где ∆Р

2Д

и ∆Р

доб

– потери в роторе и добавочном сопротивлении,

2Д

и R

доб

– соответственно сопротивление ротора и добавочное

сопротивление,

потери в роторе определяются как

∆Р

2Д

Ддоб

TСТ

)(

−

ωω

. (6.24)

нагрузка

характеристика

с до бавочн ым

сопротив лением

естественная характеристика

асинхронного двигателя с фазным

ротором

смин

ст

смакс

Рис. 4

макс

мин

ном

Рис. 5

ст

нач

макс

Рис. 6

Выбор мощности двигателя находится из условия

∆Р

2Н

≥ ∆Р

2Дмакс

, (6.25)

где ∆Р

2Дмакс

Ддоб

МАКС

/1+

∆

- максимальные потери в роторе. (6.26)

Выбор мощности добавочных сопротивлений определяется условием

∆Р

доб.н

≥ ∆Р

доб. макс

, (6.27)

где ∆Р

доб. макс

добД

МАКС

∆

- максимальные потери мощности в (6.28)

Максимальное значение потерь скольжения ∆Р

2SМАКС

определяется

графи

е .

При регулировании скорости изменением параметров роторной цепи

(реостатное

и дв м

≥ М

расч

, (6.29)

где М

расч

добавочном сопротивлении.

чески по кривой ∆Р

= f(ω), построенной по уравн нию (6.21)

регулирование, асинхронно-вентильный каскад), частотном

регулировани , когда Ф = const, номинальный момент игателя ожет быть

определен по максимальной нагрузке на валу механизма

максмех

макс

; (6.30)

мех макс

– КПД механизма, соответствующая Q

макс

еханический способ основан на изменении результирующего

сопро м в не

заслонки, в сторону меньших нагрузок

смещ е

тивления магистрали путе введения наг тающую магистраль различных

заслонок. При неизменной скорости рабочая точка механизма перемещается по

Q–H характеристике в сторону снижения подачи до точки пресечения с новой

характеристикой магистрали (рис.5).

Точно так же, при введении

ается и рабочая точка на механической характеристик двигателя (рис.6).

Таким образом, максимальная нагрузка на валу двигателя достигается при

максимальной производительности Q

макс

, при расчете мощности двигателя с

механическим способом регулирования производительности можно использовать

формулу (6.29).

Выбор элементов силовых цепей сводится к выбору пусковой, защитной,

релейно–контакторной аппаратуры и элементов и устройств, обеспечивающих

заданные в техническом задании режимы работы.

При реостатном регулировании изменением сопротивлений в роторной цепи

номинал и мощность секции реостата определяются по формулам:

доб i

еiО

ДiО

)(

−

⋅

−

ωω

; (6.31)

доб i

i доб

)(

−

ωω

где М

сi

,ω

– координаты точки пересечения характеристики нагрузки и

реостатной характеристики из заданного диапазона регулирования скорости;

еi

– частота вращения, определенная на естественной характеристике

двигателя и соответствующая М

сi

Выбор элементов роторной цепи в асинхронно–вентильном каскаде

сводится к выбору управляемых и неуправляемых вентилей, сглаживающих

реакторов и трансформаторов. Эти элементы выбираются по максимальным в

заданном диапазоне изменения скорости и нагрузки значениям напряжения и тока

(вентили, трансформатор) или по максимальному току и индуктивности (реактор),

обеспечивающей необходимое сглаживание выпрямленного тока и нормальную

работу инвертора при минимальной нагрузке. Расчёт пусковых реостатов

производится исходя из условий обеспечения пуска до скорости 0,9ω

при М

хх

. Величины пусковых моментов не играют важной роли, так как большинство

рассматриваемых механизмов в нормальном режиме пускаются вхолостую.

В качестве силовых элементов могут быть использованы стандартные блоки

(выпрямители, тиристорные регуляторы напряжения, реостаты и т.д.) и

комплектные электроприводы (тиристорные, транзисторные преобразователи

приводов переменного тока и т.д.). Их выбор производится по максимальному

значению тока, напряжения и мощности и исключает конкретный выбор

входящих в стандартный комплект элементов. Между тем схемы стандартных

комплектов должны соответствовать заранее выбранным

функциональным схемам; уставки, программное обеспечение, вид обратных

связей, законы регулирования и т.д. должны быть рассчитаны и выбраны таким

образом, чтобы удовлетворять технические данные курсовой работы.

Стандартные комплекты не должны быть элементно перенасыщены:

излишнее оборудование увеличивает габариты и стоимость установки, затрудняет

обслуживание, снижает надёжность.

В задании 2 (приложение 2) характер изменения нагрузки двигателя, т.е.

зависимость М

= f(ω), определяется из данных табл. 2.1. Момент на валу

двигателя на i-м участке регулировочного цикла равен

сi

ωη

⋅

(6.32)

где H

– напор и подача на валу насоса на i-м участке;

– КПД на i-м участке;

– частота вращения двигателя на i-м участке (считается

пропорциональной производительности Q

на i-м участке ).

Предлагаемый в задании 2 электропривод допускает способы

регулирования скорости как с максимально допустимым моментом М

доп

(Ф=const), так и с максимально допустимой мощностью Р

доп

(Ф=var). В расчетной

части для заданного в зависимости от варианта типа электропривода и вида

нагрузки требуется выбрать асинхронный двигатель и силовые элементы для двух

способов регулирования скорости.

При частотном регулировании асинхронного короткозамкнутого

электропривода мощность двигателя в зависимости от способа регулирования

выбирается по моменту (М

доп

=const) или по току (Р

доп

=const).

Если время регулировочного цикла t

> 100 минут, в качестве исходных

данных для расчета используются максимальные значения момента М

смакс

или

тока I

смакс

; при t

< 33 минут – эквивалентные за регулировочный цикл момент

с.экв

или ток I

с.экв

. В случае, когда 100 мин > t

> 33 минут, порядок расчета

исходных данных следующий.

Рассматриваются отдельно участки регулировочного цикла, время которых

больше или меньше 10 минут. Среди участков, где время больше 10 минут,

находится максимальное значение М

смакс

); где время меньше 10 минут –

эквивалентное значение М

с.экв

.). Полученные значения моментов и токов

сравниваются, и наибольшие из них выбираются в качестве исходных данных для

расчета мощности двигателя. Следует отметить, что в любом случае двигатель

выбирается из серии двигателей, предназначенных для работы в

продолжительном режиме.

Условиями выбора двигателя будут соотношения:

смакс

(М

с.экв

) ≥ М

или I

смакс

с.экв

.) ≥ I

Выбор скорости определяется следующими условиями:

≥ ω

макс

при М

доп

= const

≥ ω

макс

/D при Р

доп

= const,

где D – диапазон регулирования частоты вращения двигателя во второй зоне т.е.

при изменении магнитного потока.

Выбор мощности асинхронного двигателя с фазным ротором в каскадных

схемах независимо от способа регулирования производится по моменту на валу

двигателя и максимальной скорости механизма. Выбор в качестве исходного для

расчета максимального или эквивалентного момента зависит, как и при выборе

асинхронного короткозамкнутого двигателя при частотном регулировании, от

времени цикла t

. Частота вращения выбираемого двигателя должна быть не

меньше максимальной частоты вращения центробежного механизма.

Расчет и выбор элементов роторной цепи в каскадных схемах производится

по максимальному напряжению и максимальному (эквивалентному) току

7. Расчёт энергетических показателей

Расчет энергетических показателей необходим для сравнительной оценки

рассматриваемых вариантов электроприводов и выбора наиболее экономичного.

Электроприводы в зависимости от задания сравниваются по потерям активной,

реактивной мощности, cos φ и КПД. Исходными данными для определения

энергетических показателей являются расчетные балансы активной и реактивной

мощностей.

Конкретные балансы активной и реактивной мощностей зависят от способа

регулирования производительности.

7.1. Механический способ регулирования производительности

При механическом способе регулирования производительности и

использовании нерегулируемого асинхронного электропривода потребляемая

электроприводом из сети

активная мощность (Р

с.м

) расходуется на потери в

двигателе ∆Р

, центробежном механизме ∆Р

мех

, на потери регулирования

производительности механическим способом ∆Р

р.м.с.

и создание полезной

мощности Р

пол

с.м

= ∆Р

+ ∆Р

мех

+∆Р

р.м.с.

+ Р

пол

, (7.1)

где Р

пол

= Н

маг

·Q – полезная мощность на выходе магистрали.

Потери в двигателе могут быть определены с помощью КПД при

соответствующей нагрузке на валу двигателя:

∆Р

= Р

(1/η

– 1), (7.2)

где Р

– мощность на валу двигателя;

– КПД двигателя при мощности Р

Потери в исполнительном центробежном механизме определяются

аналогично:

∆Р

мех

= Р

мех

(1/η

мех

-1), (7.3)

где Р

мех

, η

мех

- мощность на валу механизма и соответствующий этой мощности

КПД механизма.

При использовании механического способа регулирования

производительности посредством введения в нагнетающую магистраль различных

заслонок дополнительные потери ∆Р

р.м.с

обусловлены падением давления ∆Н

на

регулирующем органе: