Основы электропривода, автоматизированный электропривод, теория электропривода 310 стр. (Укр)

Подождите немного. Документ загружается.

Динамічні характеристики

)(tf



, побудовані за

рівнянням (5.18) (під навантаженням) й за рівнянням (5.19) (без

навантаження) подані на рисунку 5.11.

Рисунок 5.11 – Динамічні характеристики.

При гальмуванні під навантаженням (характеристика1)

крива асимптотично наближається до кутової швидкості





(при активному статичному моменті), а якщо момент статичного

опору реактивний, то гальмування електропривода завершиться

при кутовій швидкості

0



(точка

При гальмуванні без навантаження (характеристика 2)

крива асимптотично наближається до нуля (

0



), а початкова

швидкість у цьому випадку буде





поч

5.7 Перехідні режими в ЕП з трифазними

асинхронними двигунами

У першому наближенні їх можна розглядати при

знехтуванні електромагнітними процесами, бо вони протікають

значно швидше електромеханічних.

241

Пуск АД з короткозамкненим ротором малої та середньої

потужностей здійснюють при повній напрузі живлення (прямий

пуск). З метою обмеження момента або струму запуск потужних

АД з короткозамкненим ротором здійснюють за допомогою

резисторів або реакторів, увімкнених у коло статора (зниженою

напругою або за допомогою тиристорних регуляторів напруги).

Пуск АД з фазним ротором здійснюється за допомогою

пускового резистора, увімкненого у коло ротора.

Для спрощення будемо вважати, що АД запускається при

неробочому ході (

0

) в один ступінь пускового реостата.

Момент двигуна визначається за спрощеною формулою

Клосса (для

, що відповідає

max

МM

пуск



динc

MMM 

, (5.20)

де

0

;

дин





; (5.21)

кркр

пуск

ssss





тоді (5.20) запишеться

кр

пуск







. (5.22)

Із визначення ковзання









швидкість буде

)1(

s



(5.23)

Похідна від (5.23) буде





(5.24)

Значення похідної (5.24) підставимо у (5.22), і отримаємо:

кр

пуск







. (5.25)

242

У рівнянні (5.25) роз’єднаємо змінні, одержимо

кр

пуск

)(





, (5.26)

оскільки

пуск





- електромеханічна стала часу, то рівняння

(5.26) стане:

кр

)(



(5.27)

Інтегруючи рівняння (5.27) одержимо час пуску АД без

навантаження:





ПОЧ

КІН

кр

по

t )(

При пуску з нерухомого стану (

0,1

поч

) час пуску

визначається із (5.27) як:

)

(

кр

по







З другого боку можна вважати, що ротор АД досягне

швидкості



при нескінченно довгому часі пуску, тобто:

якщо

0S

, то



пуск

Однак у реальних умовах запуск можна вважати

практично завершеним, коли поточне значення ковзання буде

відрізнятися не більш, ніж на 0,05 свого усталеного значення,

тоді час пуску без навантаження буде:

)

05,0

05,01

(

кр

по

t 





(5.28)

У чисельнику першого дробу в дужках числом 0,05

можна знехтувати порівняно з 1, тоді (5.28) буде мати вигляд:

(

кр

по

t 

Останній вираз розділимо на

, тобто час переведемо у

відносні одиниці, тоді:

243

кр

крM

по





 5,1

. (5.29)

Із (5.29) видно, що відносний час пуску залежить від

величини критичного ковзання

кр

. Користуючись (5.29),

можна установити, що

по

буде найменшим, якщо

407,0

кр

Таким чином, найменшим часом пуску буде відносний

час

22,1

по

при

407,0

кр

6 ВИБІР ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ

244

Процедура проектування електропривода починається з

обґрунтування вимог до нього й виробу, у відповідності з

названими вимогами, ЕП за родом струму та принципом його

дії.

На рисунку 6.1 показані основні варіанти ЕП, що

одержують живлення від джерел змінного та постійного струмів.

Тут: КВ - керований випрямляч, ПЧ – перетворювач частоти, ІП

– імпульсний перетворювач.

Рисунок 6.1 – До ілюстрації процедури вибору

електроприводів.

Перебирання варіантів слід починати з найпростішого.

Якщо це нерегулівний ЕП, то з АД кзр, якщо кидки струму, то

АД фр, якщо тривало робота без вимикання – СД.

Якщо привод регулівний, то слід починати з основних

показників регулювання швидкості (діапазон, характер

змінювання момента й допустимий момент й таке інше).

Надійна й економічна робота ЕП можлива тільки при

правильному виборі типу й потужності електродвигуна.

Потужність двигуна повинна вибиратися у суворій

відповідності до режиму роботи та очікуваного навантаження.

245

Установлення ЕД надмірної потужності недоцільне із-за

невиправного зростання габаритів ЕД, маси його та початкової

вартості. До того ж погіршуються енергетичні характеристики

незавантаженої машини (к.к.д, cos ).

При експлуатації навіть правильно вибраного за

потужністю ЕД, завжди можуть виникнути короткочасні

сплески навантаження, які значно перевершують потужність

двигуна. Вони помітно не підвищують нагрівання ЕД, однак у

випадку, якщо буде перевершена певна межа, нормальний

режим буде порушений.

Таким чином при виборі ЕД у першу чергу слід виходити

із наступних двох факторів:

- величина миттєвого перевантаження;

- нагрівання.

Вибір ЕД за перевантаженням полягає у визначенні

необхідного номінального момента із величини

перевантажувальної здатності двигуна

ном

max





 - перевантажувальна здатність ЕД за моментом.

Використовують також перевантажувальну здатність за

струмом

ном

max





Перевантажувальна здатність ДПС суттєво залежить від

комутації (тобто перевантаження обмежується допустимим

іскрінням на колекторі при перевантаженні). Відомо, що

іскріння на колекторі є результат відсутності балансу:

ткpк

eeee 





де

- е.р.с. секції, що комутується;

- реактив е.р.с.;



- е.р.с комутації, що створюється потоком додаткових

полюсів;

- трансформаторна е.р.с яка індукується магнітним

потоком головних полюсів, що міняється.

246

Величина  ДПС тривалого режиму роботи не повинна

бути меншою 2,5

5,2



Перевантажувальна здатність АД обмежується величиной

момента при критичному ковзанні

max

. Вона суттєво нижче

ніж для ДПС

3,26,1 



З другого боку, момент АД залежить від

, а

стандартом допускається зниження мережної напруги до 90%,

тому  для АД слід вважати 0,7 – 0,8 від  заданої при

номінальній напрузі.

Перевантажувальна здатність СД найвища і складає =3 –

3,5.

Номінальна потужність ЕД обмежується їх нагріванням,

тобто, у решті – решт, нагрівостійкістю ізоляційних матеріалів,

що застосовуються. Іншими словами, класом ізоляції (Y, A, E, B,

F, H, C). Так клас ізоляції А має межову температуру нагрівання

105С, а клас ізоляції С – вище 180С.

Як показує досвід вивчення навантажувальної

спроможності ЕД, навіть незначне перевищення температури

ізоляції над допустимою значно скорочує термін служби ЕД.

Крім основних факторів перевантаження та нагрівання,

слід звернути увагу ще й на такі фактори.

Способи вентиляції й захисту від дії навколишнього

середовища.

Від правильного вибору двигуна за цим фактором

залежить довготривалість роботи двигуна, надійність й

безпечність його обслуговування.

За способом вентиляції двигуна розрізняють двигуни з

природною вентиляцією, з самовентиляцією та незалежною

(примусовою) вентиляціями.

Якщо вибраний двигун має самовентиляцію а швидкість

його може регулюватися униз від основної, то постає питання

про ефективність охолодження на низьких швидкостях.

247

За захистом від дії на двигун навколишнього середовища

двигуни розрізняють на:

- відкритого виконання;

- захищеного виконання;

- закрите виконання;

- герметичне виконання.

Захищене виконання у свою чергу поділяється на:

- краплезахищене (захищає від попадання у середину

крапель, що попадають на оболонку двигуна вертикально, або

під кутом не більше 60 до вертикалі);

- бризкозахищене (захищає від попадання у середину

крапель та бризк, які попадають на оболонку двигуна у будь-

якому напрямку).

Герметичного виконання двигуни працюють зануреними

у воду. Їх різновид є водозаглибне виконання – двигун працює

зануреним у воду під гідростатичним тиском.

Конструктивне виконання у відповідності до умов його

компоновки з виробничим механізмом.

Бувають, наприклад, такі виконання як:

- один чи два вихідних кінця вала;

- форма вихідного кінця вала (циліндрична, конічна й

таке інше);

- спосіб з’єднання вала (шпонка, шліц й таке інше);

- спосіб монтажу (двигун на лапах, фланцевий й таке

інше).

При виборі електродвигуна слід мати на увазі не тільки

усталені режими його роботи, але й перехідні, тобто пуск,

реверс, регулювання швидкості й гальмування. З цією метою

будуються так звані навантажувальні діаграми:

   

tfIPM ,,

Враховуючи вищевикладене, необхідно відмітити, що у

кожному конкретному випадку, двигун, вибраний у

відповідності до заданої навантажувальної діаграми, повинен

бути повністю завантажений і при цьому працювати не

перегріваючись поверх допустимих меж. У рівній мірі він

повинен забезпечити нормальну роботу при можливих

248

короткочасних перевантаженнях і при відповідних пускових

характеристиках.

6.1 Нагрівання й охолодження двигунів. Класифікація

режимів роботи ЕП у відповідності до характеру змінювання

навантаження

У переважній більшості випадків потужність ЕД

вибирається за нагріванням, а потім йде перевірка за

перевантажувальною здатністю.

При цьому тепловий режим ЕД не обов’язково повинен

відповідати усталеній температурі нагрівання, яка не перевищує

допустиму для даного класу ізоляції. Навпаки у багатьох

випадках усталена температура вища допустимої для класу

ізоляції двигуна, але робота двигуна завершується раніш, ніж

температура його досягла усталеного значення (дивись рисунок

6.2).

Рисунок 6.2 – До пояснення теплового режиму ЕД.

Час вмикання t

вм

й час вимикання t

вим

залежить від

характеру змін навантаження виконавчого механізму, від

технологічного процесу.

249

У будь-якому випадку вибір або перевірка ЕД за умовами

нагрівання полягає у порівнювані певним чином параметрів

режиму роботи, для якого двигун проектується й

виготовляється (цей режим називається номінальним) з

параметрами режиму, в якому ЕД буде працювати у

конкретній системі ЕП.

Дані, що мають у паспорті ЕД відносяться до певного

номінальному режиму й звуться номінальним даним двигуна.

Завод - виготовлювач гарантує (при роботі ЕД у номінальному

режимі при номінальному навантажені) повне використання

його у тепловому відношенні.

Для ЕД, що виготовляються, передбачені вісім

номінальних режимів, які у відповідності до міжнародної

класифікації мають умовні позначення S1-S8.

6.1.1 Тривалий (довготривалий) номінальний режим

(S1)

Це режим роботи електричної машини при незмінному

навантажені настільки тривалий, що перевищення температури

усіх частин електричної машини досягає усталеного значення

(рисунок 6.3).

На рисунку прийняті такі позначення:

- потужність на

валу,

P

- потужність втрат,



- температура,



- усталення

температура,



- температура навколишнього середовища,

вм

- час вмикання двигуна.

У паспортних даних ЕД тривалого номінального режиму

роботи наводяться такі номінальні параметри:

- потужність,

ном

[кВт];

- частота обертання,

ном

[

хв

об

];

- напруга,

ном

[B];

- струм,

ном

[А].

250