0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое нагрузочная диаграмма двигателя

Режимы работы электродвигателей

Номинальные режимы работы электродвигателей устанавливается в соответствии с ГОСТ 183—74 * и имеют условные обозначения S1 — S8.

Продолжительный номинальный режим работы электродвигателя S1 характеризуется постоянной нагрузкой и такой продолжительностью работы двигателя, которая достаточна для достижения практически установившейся температуры всех его частей.

Кратковременный номинальный режим работы электродвигателя S2 характеризуется постоянной нагрузкой и такой продолжительностью работы двигателя, которая недостаточна для достижения практически установившейся температуры его частей, после чего следует отключение двигателя от сети, продолжительность которого достаточна для охлаждения двигателя до температуры охлаждающей среды. Длительность рабочего периода составляет 10, 30, 60, 90 мин.

Повторно-кратковременный номинальный режим работы электродвигателя S3 характеризуется последовательностью идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из периодов работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного состояния; длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла, а наличие пускового тока существенно не влияет на нагрев двигателя и его отдельных частей.

Определяются следующие значения относительной продолжительности включения (ПВ): 15, 25, 40 и 60%. Продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимается равной 10 мин.

Повторно-кратковременный номинальный режим режим работы электродвигателя с частыми пусками S4 характеризуется продолжительностью включения, числом пусков в час и коэффициентом инерции и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды пуска, работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного состояния, причем длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время рабочего цикла, а потери при пуске влияют на нагрев двигателя. Нормируются ПВ 15, 25, 40 и 60%, 30, 60, 120 и 240 включений в час и коэффициент инерции (отношение суммы момента инерции ротора двигателя и приведенного к валу двигателя момента инерции механизма к моменту инерции ротора двигателя), равный 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4; 6,3; 10.

Повторно-кратковременный номинальный режим работы электродвигателя с частыми пусками и электрическим торможением S5 характеризуется продолжительностью включения, числом пусков в час и коэффициентом инерции и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды пуска, работы при постоянной нагрузке, быстрого электрического торможения и отключенного неподвижного состояния, причем длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного цикла. Значения ПВ и числа включений в час те же, что и для режима S4, коэффициент инерции равен 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4.

Перемежающийся номинальный режим работы электродвигателя S6 характеризуется относительной продолжительностью нагрузки (ПН) и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды работы при постоянной нагрузке и на холостом ходу, причем длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла. Нормируется ПН 15, 25, 40 и 60%, длительность одного рабочего цикла принимается равной 10 мин.

Перемежающийся номинальный режим работы электродвигателя с частыми реверсами при электрическом торможении S7 характеризуется числом реверсов в час и коэффициентом инерции и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды пуска, работы при постоянной нагрузке и электрического торможения, причем длительность рабочего периода недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного цикла. Нормируется 30, 60, 120 и 240 реверсов в час при коэффициентах инерции, соответствующих режиму S5.

Перемежающийся номинальный режим работы электродвигателя с двумя или более частотами вращения S8 характеризуется числом циклов в час, коэффициентом инерции с ПН на отдельных ступенях частоты вращения и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды ускорения, работы при постоянной нагрузке, соответствующей заданной частоте вращения, затем одного или нескольких периодов работы при других постоянных значениях нагрузки, соответствующих другим частотам вращения, причем длительность каждого рабочего периода недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла. Нормируется 30, 60, 120 и 240 циклов в час и коэффициент инерции равный 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4.

Выбор электродвигателя для продолжительного режима работы S1

Рассмотрим, как выбирается двигатель для работы в различных режимах нагрузки. Начнем с продолжительного режима работы S1. Поскольку в этом режиме длительность работы под нагрузкой существенно больше постоянной нагрева, то целесообразно выбирать двигатель, для которого этот режим является номинальным. Иными словами, должны выполняться условия

К этому же режиму относят циклическую нагрузку. В случае длительности цикла более 10 мин условия выбора определяются по (60).

Выбранный двигатель должен быть проверен по условиям пуска и перегрузочной способности:

где Мнг,п — момент сопротивления нагрузки при n=0.

Выбор двигателя для кратковременного режима работы S2

Для электроприводов, работающих в режиме S2, нецелесообразно выбирать асинхронный двигатели , предназначенные для работы в режиме S1, так как последние, как правило, обладают ограниченной перегрузочной способностью, в связи с чем в данном случае они недоиспользуются по нагреву.

При выборе двигателей, предназначенных для работы в режиме S2, приходится сталкиваться с тем, что время работы не совпадает со временем продолжительности кратковременной работы, определяемым стандартом,—10, 30, 60 и 90 мин. Кроме того, нагрузка привода в течение рабочего периода tр может ступенчато изменяться. В этих случаях рассчитываются эквивалентные величины, которые приводятся к стандартному значению продолжительности кратковременной работы tр.ст, ближайшему к реальному значению tp.

Читать еще:  Что такое автоматическая характеристика двигателя

Эквивалентные моменты Мэк и мощность Рэк рассчитываются по формулам

(62)

Пример. Для графика нагрузки, приведенного на рис. 34,а, рассмотрим пример: M1=10 Н∙м, М2=15 Н∙м, t1 = 5 мин, t2=20 мин (tр= t1+t2=25 мин). Поэтому tр.ст=30 мин (выбираем стандартное время) и

Далее осуществляется проверка по формулам

где Мном, Рном — номинальные значения момента и мощности двигателя, соответствующие стандартной продолжительности работы (в примере 30 мин).

В частном случае, когда нагрузка в течение tр не изменяется,

Выбранный двигатель также должен быть проверен по условиям пуска и по перегрузочной способности по формулам (61).

Выбор электродвигателя для повторно-кратковременных режимов работы S3 — S8

Для электроприводов, работающих в этих режимах, целесообразно выбирать двигатели, предназначенные для работы в режиме S3. Последовательность расчета в этом случае следующая.

По нагрузочной диаграмме для времени цикла Тц≤10 мин определяются:

относительная продолжительность включения

где tpi — время работы при i-й нагрузке внутри рабочего цикла Тц (рис. 34,б);

приведенные к ближайшему стандартному значению ПВст, равному 15, 25, 40, 60%, эквивалентные значения момента и мощности

(64)

При выборе двигателя должны соблюдаться условия

где Мном, Рном — номинальные значения момента и мощности двигателя, соответствующие стандартному значению ПВ.

Выбранный двигатель должен также проверяться по условиям (61).

В ряде случаев при больших значениях (ПВ>70÷80%) возможен выбор двигателя, предназначенного для режима S1, для которого следует принять ПВ=100%, при этом выражения (64) преобразуются к виду

(66)

В случае идентичных циклов с постоянной нагрузкой внутри рабочего периода (рис. 34, в) формулы (66) сводятся к виду

Пример. Определить эквивалентную мощность для режима, приведенного на рис. 34,б. В соответствии с методикой сначала определяем продолжительность включения. Если задано tpi=2 мин, ftр2=3 мин, Тц=9 мин, находим: ПВ= (5/9) ∙100 %=55,6 %. Выбираем ближайшее ПВ1ст=60 %.

Затем по формуле (64) находим эквивалентное значение мощности, определив предварительно по графику Р1=10 кВт, Р2=5 кВт:

Расчет допустимой частоты включений

Асинхронные короткозамкнутые двигатели , рассчитанные на длительный режим работы, при работе в повторно-кратковременном режиме с большим числом включений в течение определенного времени имеют ограниченное допустимое число включений в час z, которое зависит от фактической нагрузки электродвигателя, от соотношения между временем работы tp (с) и паузы-остановки tх (с) (рис. 34,в), а также от потерь энергии в двигателе за время разбега ∆Аp (Дж) и торможения ∆Ат (Дж). Эти потери в переходные периоды, когда частота вращения машины меньше номинальной, значительно превышают потери энергии в двигателе при работе с постоянной частотой вращения. Кроме того, при неподвижном роторе в период паузы ухудшается теплоотдача двигателя, что учитывается при расчете введением некоторого коэффициента v. Этот коэффициент зависит от способа вентиляции двигателей и может быть принят следующим: для закрытого двигателя с независимым охлаждением (способ охлаждения IC46) 0,9—1, для закрытого двигателя с охлаждением от собственного вентилятора (IC0141) 0,45—0,55, для защищенного двигателя с самовентиляцией (IC01) 0,25—0,35.

Ограничение по частоте включений двигателя вводится для того, чтобы не допустить чрезмерный перегрев его. Значение z можно определить из следующего выражения, которое используется в основном для двигателей малой мощности до 10—15 кВт:

(67)

где ∆рном, ∆рс — потери мощности в электродвигателе при номинальной и фактической нагрузках, Вт; ПВ=(tp/tp+tх) ∙100 — продолжительность включения, %.

При работе асинхронного двигателя с номинальной нагрузкой допустимое число включений в час равно:

(68)

Допустимая частота включений во многом зависит от момента инерции ротора двигателя. С увеличением мощности двигателя возрастает его момент инерции и z уменьшается. Мощность двигателей механизмов с большими статическими моментами сопротивления выбирают больше номинальной мощности механизма для сокращения времени пуска.

На практике не рекомендуется использование асинхронных электродвигателей, предназначенных для работы в режиме S1, для частого пуска механизмов, имеющих приведенный момент инерции, значительно больший, чем момент инерции самого двигателя. Для этих двигателей при максимально допустимом статическом моменте сопротивления механизма разрешается не более двух пусков в час.

Двигатели, используемые в повторно-кратковременных режимах S3 — S8, имеют соответствующую отметку на табличке (см. рис. 33).

Рис. 34. Графики работы асинхронного двигателя: а — кратковременный режим; б — повторно-кратковременный режим с переменной мощностью; в — повторно-кратковременный режим с постоянной мощностью

Продолжительный режим S1

1. Продолжительный режим S1 — когда при неизменной номинальной нагрузке Рном работа двигателя продолжается так долго, что температура перегрева всех его частей успевает достигнуть установившихся значений τуст (тау установившееся).

Различают продолжительный режим с неизменной нагрузкой Р = const (рис. 2.11, а) и продолжительный режим с изменяющейся нагрузкой (рис.2.11, б). Например, электроприводы насосов, транспортеров, вентиляторов работают в продолжительном режиме с неизменной нагрузкой, а электроприводы прокатных станков, металлорежущих станков и т.п. работают в продолжительном режиме с изменяющейся нагрузкой.

Читать еще:  Двигатель cdab какой допуск масла

Параметры в различных рабочих режимах

Когда электродвигатель обесточен, вращение не происходит, потому что статорное поле не пересекается с роторным полем. В этом случае величина равна двум или трём процентам, т.е. колеблется около нуля.

Если даже параметр холостого хода идеален, процентное значение нулю равняться не будет. Величина может быть и отрицательной, если двигатель функционирует в режиме генератора. В таком режиме (ротор вращается против статора) значение S будет меньше нуля.

При электромагнитном торможении, величина Sпревышает единицу с положительным знаком. Величина токовой частоты в роторных обмотках равняется токовой частоте сети исключительно при пусковом моменте.

Роторная токовая частота пропорциональна сопротивлению индукции, поэтому роторный ток зависим от скольжения асинхронного двигателя.

Момент вращения АД находится в зависимости от значения S, поскольку определяется величинами токового и магнитного потоков, угловым смещением ЭДС и роторным током.

Для подробного изучения параметров электродвигателя определяется зависимость, показанная на графике вверху.

При разных показателях асинхронном двигателе момент вращения можно корректировать при помощи сопротивления, включённого в цепи роторных обмоток.

Если ротор замкнут «накоротко», вращающий момент изменяется либо частотными преобразователями, либо применением двигателей с изменяющимися параметрами.

При нагрузочном номинале двигателя показатель скольжения находится между двумя и восемью процентами. При добавлении нагрузки скольжение ускоряется, потому что роторное поле начнёт больше отставать от статорного поля.

Ускорение неминуемо приведёт к росту роторного тока и момента вращения. Параллельно с этим возрастает сопротивление, что связано с активными роторными потерями, токовые показатели снижаются, в связи с чем, вращение растёт гораздо медленней скольжения.

При определённой скорости скольжения момент вращения достигнет максимума и начнёт замедляться. Максимальное значение является критическим и обозначается Sкр.

В технической документации указываются параметры асинхронного двигателя. По ним строится график, отвечающий на вопросы, связанные с работой асинхронного электрического двигателя, применяемого в качестве привода.

Критический максимум задаёт параметр мгновенного допустимого перегруза двигателя. Когда этот параметр превышается, происходит остановка двигателя (опрокидывание). Это аварийный режим.

  • Астрономия
  • Биология
  • Биотехнологии
  • География
  • Государство
  • Демография
  • Журналистика и СМИ
  • История
  • Лингвистика
  • Литература
  • Маркетинг
  • Менеджмент
  • Механика
  • Науковедение
  • Образование
  • Охрана труда
  • Педагогика
  • Политика
  • Право
  • Психология
  • Социология
  • Физика
  • Химия
  • Экология
  • Электроника
  • Электротехника
  • Энергетика
  • Юриспруденция
  • Этика и деловое общение

Механика Нагрузочные диаграммы механизма и выбор двигателя.

Исходные данные для выбора двигателя обычно представляются в виде нагрузочных диаграмм механизма, ᴛ.ᴇ. зависимостей Мс(t) и w(t) и приведенного момента инœерции Jм¢ (см. п.2.2). Зависимость w (t) иногда называют тахограммой. Иногда Мс(t) зависит от пути, в этом случае при известной скорости можно перестроить заданный график Мс(j), получив его в виде Мс(t).

Нагрузочные диаграммы механизма, вообще говоря, могут иметь любой вид, однако всœегда можно выделить цикл, ᴛ.ᴇ. промежуток времени tц, через который диаграмма повторяется. В случае если характер работы таков, что режимы воспроизводятся плохо (лифт, подъемный кран и т.п.), строят нагрузочные диаграммы для наиболее вероятного или наиболее тяжелого цикла.

Следует особо подчеркнуть, что для обоснованного выбора двигателя требуемая нагрузочная диаграмма механизма должна быть известна. На рис. 7.2 в качестве примера приведены требуемые нагрузочная диаграмма и тахограмма некоторого механизма (верхние для графика).

Рис. 7.2. Нагрузочные диаграммы механизма и двигателя

Для предварительного выбора двигателя по известной нагрузочной диаграмме механизма можно найти средний момент статической нагрузки

,

где Мc i – момент статической нагрузки на i-ом интервале;

ti – продолжительность i-ого интервала;

n – число интервалов, где Mс=const.

Номинальный момент искомого двигателя с учетом динамических нагрузок может быть оценен как

.

В качестве номинальной скорости следует взять wмакс, если регулирование однозонное вниз от основной скорости, или wмин, если регулирование однозонное вверх от основной скорости. По найденным таким образом величинам Мн и w н можно выбрать двигатель по каталогу и, следовательно, определить его момент инœерции, построить механические характеристики, кривые переходных процессов.

После того, как двигатель предварительно выбран, можно перейти к построению нагрузочной диаграммы двигателя, ᴛ.ᴇ. зависимости М(t). Это построение сводится к решению уравнения движения

одним из описанных в гл.5 приемов.

На рис. 7.2 внизу показана нагрузочная диаграмма двигателя, построенная в предположении, что при изменении скорости M » const , а при набросœе и сбросœе нагрузки привод работает на линœейной механической характеристике.

Нетрудно видеть, что нагрузочная диаграмма двигателя существенно отличается от нагрузочной диаграммы механизма. На рис. 7.3 – 7.5 показано еще несколько типичных нагрузочных диаграмм и соответствующие

динамические характеристики привода.

Рис. 7.3 соответствует случаю, когда механизм с Mс = const работает

в режиме изменяющейся скорости. Идеализированная динамическая механическая характеристика показана внизу. Следует отметить, что при построении нагрузочных диаграмм двигателя часто прибегают к подобной идеализации, так как для целœей выбора двигателя детали диаграммы, обусловленные особенностями конкретной характеристики, обычно несущественны.

Читать еще:  Чем изолировать обмотку двигателя

Рис. 7.3. Нагрузочная диаграмма при Мс = const и w = var

На рис. 7.4 показана нагрузочная диаграмма привода, работающего в режиме частых пусков и торможений, осуществляемых по характеристикам, приведенным внизу. Графики w (t) М(t) построены в соответствии с правилами, изложенными в п. 5.2.

Рис. 7.4. Нагрузочная диаграмма при частых пусках – торможениях

На рис. 7.5 показаны нагрузочные диаграммы электропривода с пиковым характером нагрузки при линœейной механической характеристике двигателя. Момент статической нагрузки изменяется мгновенно от Мс0 до Мс1. Момент, развиваемый двигателœем при приложении Мс1 выразится как

,

а при снятии нагрузки

,

где .

Рис. 7.5. Нагрузочная диаграмма маховикового электропривода

Величины M¢, М¢¢ и w ¢, w ¢¢ при заданных t1 и t2 определяются значением Tм. В случае если Tм мала, то момент, развиваемый двигателœем, будет повторять изменение Мс. В случае если, напротив, Tм велика, то M¢, М¢¢ и w ¢, w ¢ будут мало отличаться от соответствующих средних значений Мс ср и w ср благодаря тому, что энергия, запасенная во вращающихся частях привода на интервале t1 (Мс=Мс ) будет расходоваться на покрытие пика нагрузки на интервале t2 (Мс=Мс1). При w »w ср эта энергия пропорциональна площадям, заштрихованным на рис. 7.5. «Спрямление» нагрузочной диаграммы двигателя при пиковом характере нагрузки часто оказывается весьма полезным, так как позволяет снизить требования к перегрузочной способности двигателя и уменьшить потери в двигателœе.

Увеличение Тм в этих случаях достигается использованием маховика с моментом инœерции и выбором соответствующей величины жесткости механической характеристики двигателя b.

Нагрузочная диаграмма двигателя, как отмечалось, служит основой для проверки предварительно выбранного двигателя по перегрузочной способности и по нагреву.

Проверка по перегрузочной способности сводится к проверке выполнения условия

,

где — максимальный момент из нагрузочной диаграммы двигателя;

— допустимый по перегрузке момент двигателя.

Для двигателя постоянного тока нормального исполнения

;

для асинхронного двигателя с учетом возможного снижения напряжения питания на 10%

;

для синхронного двигателя нормального исполнения

.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели дополнительно проверяются по пусковому моменту; для нормального пуска должно выполняться условие:

,

где — максимальный момент статической нагрузки, при котором должен выполняться пуск привода;

— пусковой момент двигателя.

Проверка по нагреву, сводящаяся к оценке фактической температуры изоляции обмоток двигателя и сравнению ее с допустимой, также выполняется с использованием нагрузочных диаграмм двигателя. Эта операция выполняется с использованием тепловой модели двигателя.

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ НАСОСА

Формула для определения мощности (кВт) эл. двигателя насоса

где κ — коэффициент запаса (1.1—1.4);
γ — удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м³, для холодной воды равен 9810;
Q — производительность насоса, м³/с;
Н — напор насоса, м;
ηp — кпд передачи (при непосредственном соединении насоса с двигателем ηp = 1);
ηn — кпд насоса принимают равным: для поршневых насосов — 0.7—0.98; для центробежных насосов с давлением свыше 39 000 Па — 0.6—0.75; с давлением ниже 39 000 Па — 0.3— 0.6 (лучше всего кпд определять по данным каталогов).

При выборе эл. двигателя к центробежному насосу необходимо обращать внимание на частоту вращения двигателя, так как у центробежного насоса мощность, напор, производительность и частота вращения связаны следующими соотношениями:

где M — момент двигателя.

Пример расчета мощности двигателя насоса

1. Определить мощность двигателя насоса при следующих данных Q = 50 м³/ч; H = 30 м; ηn = 0.5; nd = 1460 об/мин.
2. Определить мощность двигателя, напор насоса и производительность, если двигатель вращается с частотой 965 об/мин.

1. Мощность двигателя насоса при nd = 1460 об/мин

кВт,
где 3600 — коэффициент перевода производительности из м³/ч в м³/с.

2. При частоте вращения насоса nd = 965 об/мин мощность двигателя, напор насоса и производительность:

Многозвенные сглаживающие фильтры

Если с помощью индуктивно-емкостного фильтра необходимо обеспечить коэффициент сглаживания пульсаций более 40…50, то вместо однозвенного фильтра целесообразнее использовать двухзвенный сглаживающий фильтр.

Фильтры с тремя и более звеньями на практике применяются редко. В общем случае коэффициент сглаживания многозвенного фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания отдельных звеньев: q = q’q’’q’’’ …

Сглаживающие индуктивно-емкостные фильтры достаточно просты и эффективны в выпрямительных устройствах средней и большой мощностей. Однако масса и габариты таких фильтров весьма значительны, коэффициент сглаживания снижается с ростом тока нагрузки, фильтры малоэффективны при появлении медленных изменений сетевого напряжения. Индуктивные элементы фильтра являются источниками магнитных полей рассеяния, а совместно с паразитными емкостными элементами создают колебательные контуры, способствующие появлению переходных процессов.

Энергоэффективность

Рациональное потребление энергии при сохраняющейся высокой мощности сокращает текущие производственные затраты при одновременном увеличении производительности электродвигателя. Поэтому при выборе привода обязательно учитывается класс энергоэффективности.

В технической документации и каталогах обязательно указывается класс энергоэффективности двигателя. Он зависит от показателя КПД.

Проводимые в тестовом и рабочем режимах экспериментальные исследования показывают, что электродвигатель мощностью 55 кВт высокого класса энергоэффективности сокращает потребление электроэнергии на 8-10 тысяч кВт ежегодно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector