Выбор мощности электродвигателя для повторно-кратковременного режима

Режим работы называют повтор­но-кратковременным, если двигатель так часто включается и выключается, что за время работы не успевает на­греться до установившейся температуры, а за время паузы не успевает остыть до температуры окружаю­щей среды.

На рис. 26.3 показана нагрузочная диаграмма и график перегрева двигателя. Продолжительность включения (%)

ПВ=(t_p/t_к)100 (26.4)

Выпускают специальные электродвигатели для привода подъем­ных кранов, металлургических установок, лифтов, работающих в повторно-кратковременном режиме со стандартной продолжительно­стью включения ПВ_ст = 15, 25, 40, 60%.

Если при продолжительном режиме пуск и остановка не имели большого значения ввиду их малости по сравнению со временем ра­боты, то здесь приходится учитывать отдельно потери при пуске ΔР_п торможении ΔР_т установившейся скорости ΔР_уст и паузе ΔР₀. Потери при паузе не всегда равны нулю. Обычно асинхронный дви­гатель полностью отключается от сети, а в двигателях постоянного тока независимого и параллельного возбуждения, как правило, от­ключается только обмотка якоря, а обмотка возбуждения остается под током, поэтому потерн хотя и резко снижаются, но, не исче­зают совсем. Кроме того, охлаждение неподвижного двигателя при отсутствии вентиляции заметно ухудшается. Средние потери за цикл

ΔР_р = (ΔР_уст t_уст + ΔР_п t_п + ΔР_т t_т + ΔР₀ t₀)( t_уст + t_п + t_т + βt₀) (9.13)

где β = 0,5 коэффициент, учитывающий ухудшение охлаждения двигателя во время паузы.

Эти потери определяют номинальную мощность выбираемого двигателя. Его температура должна быть равной или несколько меньшей, чем допустимая для данного класса изоляция.

Рис 26.3. Нагрузочная диаграмма и график перегрева двигателя в повторно-кратковременном режиме работы; i_p i₀ i_u – соответственно время работы, пауза и цикл.

Рис 26.4.Нагрузочная диаграмма

Пример: Нагрузочная диаграмма нагрузочного крана показана на рис 9.8, Р₁ = 23кВт; Р₂ = 45кВт; Р₃ = 11кВт; Р₄ = 3кВт; t₁ = 18c; t₁ = 30c; t₁ = 16c; t₁ = 28c; t₁ = 20c; Выбрать двигатель асинхронный краново-металлургической серии.

Решение.

1) Определяем по нагрузочной диаграмме эквивалентную мощность.

2) Продолжительность включения:

3) Продолжительность включения оказалась не стандартной. Пересчитаем эквивалентную мощность P_экв.д, для стандартной ПВ=60%.

4) Выбираем по каталогу двигатель MTF 412·6 крановый с фазным ротором мощностью 25кВт.

5) Проверяем выбранный двигатель на перегрузочную способность. Для этого сначала определяем частоту вращения при наибольшей нагрузке

где n₁ – синхронная частота вращения (об/мин), P₂ – наибольшая нагрузка (Н).

6. Наибольший момент М₂ = 9.55P₂/n₂ = 9.55·45000/955 = 450 Н·м.

7. Выбранный двигатель подходит для работы, так как М₂ = 450 Н·м, М_макс = 450 Н·м, т.е. М₂< М_макс.

Допустимое число включений

Подъемно-транспортные устройства, кузнечнопрессовые механиз­мы, некоторые металлорежущие станки, рольганги работают в очень напряженном повторно-кратковременном режиме и испытывают иногда до 2000 включений в час. Такие двигатели пускаются и тормозятся без применения добавочных резисторов, поэтому пере­ходные процессы протекают быстро. Чем больше ПВ и число вклю­чений Л, тем тяжелее режим работы двигателей.

Для крановых электродвигателей установлено пять режимов: Л —легкий (ПВ=15 – 25%, h = 60 1/ч); С — средний (ПВ = 25 – 40%, h = 120 1/ч); Т — тяжелый (ПВ = 40%; h = 240 1/ч); ВТ— весьма тяжелый (ПВ = 60%, h = 600 1/ч); ОТ — особо тяжелый (ПВ = 100%, h = 600 1/ч).

Как было показано выше, пуск и торможение происходят при токах, превышающих номинальное значение, поэтому электрические потери весьма велики, что вызывает интенсивный нагрев и ограни­чивает число включений в час. Частота включений, при которой средние потери ΔР_ср равны номинальным потерям двигателя ΔР_ном, считается допустимым числом включений двигателя при данной нагрузке на валу и данной продолжительности включений.

Рис 26.5. Зависимость коэффициента динамических потерь k относительного статического момента

Для уменьшения нагрева следует применять электродвигатели с небольшим пусковым током, что достигается применением обмоток ротора с повышенным активным сопротивлением. Кинетическая энергия, заключенная в роторе и переходящая в теплоту при торможении, зависит от момента инерции, поэтому целесообразно использовать двигатели с пониженным значением момента инерции. Кроме того, необходимо усиливать теплоотдачу путем применения независимой вентиляции. Следует иметь в виду, что потери при торможении противовключением в три раза больше, чем запасенная кинетическая энергия, поэтому динамическое торможение предпочтительнее.

Эти меры позволяют увеличить допустимое число включений, определяемое как отношение количества теплоты, выделяемой в дви­гателе за один час при работе в номинальном режиме к количеству теплоты, выделяемой за один цикл: h = Q_доп/Q_ц = ΔP_ном/ΔP_ц, где ΔР_ном, ΔР_ц — потери мощности номинальные и за один цикл.

Для двигателей МТF, МТКF, МТН и МТКН применяют другую формулу. Если нагрузка на валу меньше номинальной, то при заданной ПВ

где k_дин — коэффициент динамических потерь, определяемый по графику (рис. 25.5.).

Основная литература

1. Онищенко, Г. Б. Электрический привод: учебник для вузов / Г. Б. Онищенко .— 2-е изд., стер. — М.: Академия, 2008 .— 288 с. (11экз.)

2. Ильинский, Н. Ф. Электропривод : энерго- и ресурсосбережение : учеб. пособие для вузов / Н. Ф. Ильинский, В. В. Москаленко .— М. : Академия, 2008 .— 203 с. (21 экз.)

3. Соколовский, Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для вузов / Г.Г.Соколовский.— 2-е изд., испр. — М. : Академия, 2007 .— 272с.(7 экз.)