Вопросы для самопроверки

1. В чём основные преимущества электроприводов переменного тока перед постоянными?

2. В каких режимах может работать АД?

3. В чём состоит различие между упрощённой и уточнённой формулами Клосса для АД?

4. Перечислите основные способы регулирования скорости АД.

5. В чём заключается особенность торможения АД и СД?

6. Какие способы регулирования скорости АД обеспечивают постоянную допустимую мощность, а какие – момент?

7. Перечислите основные способы пуска АД.

8. В чём заключается сущность графического и аналитического методов расчёта пусковых сопротивлений для АД с фазным ротором?

9. Что называется угловой характеристикой СД?

10. Нарисуйте упрощённую векторную диаграмму синхронного двигателя. Поясните физический смысл.

11. Перечислите способы пуска СД. Что понимают под лёгким и тяжёлым пуском СД?

Раздел 4. Энергетические характеристики и выбор мощности привода

Электри­ческий привод в настоящее время является основным потре­бителем электрической энергии. Поэтому определение основ­ных электрических показателей работы электроприводов и нахождение способов их повышения имеет большое практи­ческое значение.

Основными энергетическими показате­лями работы электроприводов являются: потери мощности, энергии, КПД и коэффициент мощности. Энергети­ческие показатели существенно зависят от режима работы электропривода, характера изменения момента нагрузки и способов регулирования координат. Существуют два основ­ных способа снижения потерь электроэнергии в переходных процессах:

1) уменьшение момента инерции электропривода;

2) регулирование скорости идеального холостого хода дви­гателя.

При выборе мощности двигателей должны выполняться два основных требования:

1) двигатель не должен нагреваться выше допусти­мой температуры;

2) он должен обеспечивать создание требуемых моментов на валу.

Различные условия работы производственных механизмов обусловливают различные режимы работы электроприводов, которые разделяются на восемь режимов, что позволяет наиболее точно рассчитывать мощность двигателя:

1. Продолжительный номинальный режим работы при неизменной нагрузке.

2. Кратковременный номинальный режим работы, при котором периоды неизменной нагрузки чередуются с периодами отключения машины.

3. Повторно-кратковременный номинальный режим работы, при котором кратковременные периоды неизменной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами отключения машины (паузами), причём как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы температура двигателя могла достичь установившегося значения.

4. Повторно-кратковременный номинальный режим работы с частыми пусками. Периоды работы чередуются с периодами отключения машины, при этом температура двигателя достигает своего установившегося значения.

5. Повторно-кратковременный номинальный режим работы с частыми пусками и электрическим торможением. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) в процентах (%). Нормируемые значения ПВ – 15, 25, 40 и 60 %.

6. Перемежающийся номинальный режим работы, при котором кратковременные периоды неизменной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами холостого хода, во время которых двигатель не отключается.

7. Перемежающийся номинальный режим работы с частыми реверсами, при котором периоды реверса чередуются с периодами неизменной нагрузки. Причём периоды работы не настолько длительны, чтобы температура двигателя достигла установившегося значения.

8. Перемежающийся номинальный режим работы с двумя или более угловыми скоростями, при котором периоды с одной нагрузкой на одной скорости чередуются с периодами работы на другой скорости при соответствующей нагрузке.

В целях упрощения выбора двигателя он рассматрива­ется как однородное тело, обладающее бесконечно большой теплопроводностью.

В действительности же различные части машины нагре­ваются неодинаково, и реальный процесс нагревания, осо­бенно на начальной стадии, отклоняется от расчетного.

Анализ процесса нагрева и охлаждения электродвигателей производится на основании уравнений теплового баланса двигателя. При этом делаются следующие допущения:

1. двигатель представляет собой однородное тело с одинаковой теплоёмкостью по всему объёму и одинаковой теплоотдачей по всей поверхности;

2. теплоёмкость и теплоотдача двигателя не зависят от температуры окружающей среды;

3. передача тепла происходит за счёт конвекции и теплопроводности;

4. не учитывается теплоотдача излучением, поскольку она очень мала при реальных температурах нагрева двигателей.

Потребляемая двигателем электрическая мощность расходуется на выработку полезной механической мощности и на покрытие потерь, к которым относятся потери в обмотках двигателя, магнитопроводе и механические потери. Потери мощности двигателя состоят из двух составляющих: постоянных и переменных потерь. К постоянным потерям относятся потери, не зависящие от нагрузки двигателя, а именно: потери в магнитопроводе, механические потери, вентиляционные потери и потери в обмотках возбуждения. Под переменными подразумеваются потери, выделяемые в обмотках двигателей, при протекании по ним токов, определяемых механической нагрузкой двигателя.

При выборе мощности двигателя существуют следующие методы: эквивалентных потерь, эквивалент­ного тока, момента и мощности, при этом надо оценить степень их точ­ности и допущения, которые используются при переходе от первого метода к последующим.

Решение задачи правильного выбора мощности электро­двигателя требует расчета нагрузки привода как в устано­вившемся, так и в переходных режимах работы. Для реше­ния данного вопроса используют нагрузочные диаграммы. Нагрузочная диаграмма – это зависимость момента или мощности от времени. Выбор двигателя производится по трём условиям:

1) по нагреванию (предельной температуре двигателя);

2. по перегрузочным условиям;

3. по пусковому моменту.

Для выбора мощности при кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы, следует рассчитать термический и механический коэффициенты пере­грузок. Различают механический коэффициент, получаемый из условия нагревания, и допустимую механическую перегрузку, обусловленную ма­ксимальным моментом, определяемым для двигателей посто­янного тока из условий безыскровой коммутации, для асин­хронных двигателей — механической характеристикой и для синхронных — угловой характеристикой.

При выборе мощности двигателей для привода с ударной нагрузкой (прокатных станов, ножниц, молотов, прессов и т. д.) большое значение имеет установка маховика, вырав­нивающего график нагрузки. Применение маховика не мо­жет уменьшить расход энергии, но может снизить средне­квадратичное (эквивалентное) значение нагрузки двигателя. Момент инерции маховика должен быть согласован с мощ­ностью выбираемого двигателя и временем паузы между пиковыми нагрузками и обоснован технико-экономическим расчетом.

Однако совместный выбор двигателей и маховика на практике производится достаточно простым методом после­довательного приближения, так как шкала мощностей дви­гателей довольно грубая и для данного графика нагрузки редко можно рассматривать более двух вариантов двига­теля. Таким образом, ориентировочно установив подходящие двигатели, можно выбрать для них маховик, исходя из по­ложений, указанных в рекомендованной литературе.