Оглавление

34. Графо-аналитическое решение уравнения движения привода при поступательном движении (только анал) 2

35. Графо-аналитическое решение уравнения движения привода при вращательном движении. 2

36. Пуск двигателя постоянного тока независимого возбуждения с резистором в цепи якоря подключением к питающей цепи при Lя =0 и U=const 5

37. Многоступенчатый пуск двигателя постоянного тока независимого возбуждения при U=const и L=0 7

38. Пуск двигателя постоянного тока независимого возбуждения с резистором в цепи якоря подключением к питающей цепи при U =const и L ≠0. Электромагнитная постоянная времени 7

39. Графо-аналитическое решение уравнения движения привода для режима динамического торможения электродвигателя постоянного тока 9

40. Выбор электродвигателя для исполнительного механизма по исполнению и номинальным параметрам 10

41. Выбор мощности электродвигателя по нагреву. Потери в электродвигателе. Переменные и постоянные потери мощности. Допустимый нагрев изоляции. 11

42. Изоляционные материалы. Основные классы нагревостойкости. Примеры. Допустимая нагрев изоляции. 14

43. Режимы работы электроприводов. Продолжительный номинальный режим работы. Определение. Выбор двигателя для продолжительного режима работы. 16

44. Повторно – кратковременный номинальный режим работы. Выбор электродвигателя для повторно – кратковременного режима 17

45. Кратковременный номинальный режим работы электрической машины. Диаграммы мощности, потерь и температуры 26

46. Повторно-кратковременный номинальный режим работы с частыми пусками и электрическим торможением. Выбор электродвигателя для этого режима работы. 28

47. Нагрузочные диаграммы электроприводов с учетом статических и динамических режимов работы. Расчет мощности электродвигателя по нагрузочным диаграммам при продолжительной переменной нагрузке. 29

48. Метод средних потерь. Проверка мощности электродвигателя методом средних потерь. 30

49. Метод эквивалентного тока. Проверка мощности электродвигателя методом эквивалентного тока. 33

34. Графо-аналитическое решение уравнения движения привода при поступательном движении (только анал)

34. Графо-аналитическое решение уравнения движения привода при вращательном движении.

34. Пуск двигателя постоянного тока независимого возбуждения с резистором в цепи якоря подключением к питающей цепи при Lя =0 и U=const

34. Многоступенчатый пуск двигателя постоянного тока независимого возбуждения при U=const и L=0

34. Пуск двигателя постоянного тока независимого возбуждения с резистором в цепи якоря подключением к питающей цепи при U =const и L ≠0. Электромагнитная постоянная времени

34. Графо-аналитическое решение уравнения движения привода для режима динамического торможения электродвигателя постоянного тока

-Fд=-Fт-Fс

∆ ;

t-время; а-ускорение; V –скорость; e-путь; Ки-коэффициент инерции; m-масса; Fд-динамическая сила с учетом силы сопротивления

34. Выбор электродвигателя для исполнительного механизма по исполнению и номинальным параметрам

34. Выбор мощности электродвигателя по нагреву. Потери в электродвигателе. Переменные и постоянные потери мощности. Допустимый нагрев изоляции.

34. Изоляционные материалы. Основные классы нагревостойкости. Примеры. Допустимая нагрев изоляции.

34. Режимы работы электроприводов. Продолжительный номинальный режим работы. Определение. Выбор двигателя для продолжительного режима работы.

Продолжительным режимом работы электродвигателя называют режим, в котором за время работы температура двигателя достигает установившегося значения. Для этого режима применяют двигатели общепромышленной серии (АК, АО, 4А, П, 2П, СД и другие типы). Все двигатели общепромышленной серии нормируются одинаково: Р_н, Iн, n_H,

Двигатели развивают номинальную мощность Р_н в течение неопределенно длительного времени, выдерживают номинальный ток I_н такое же время.

Эти двигатели рассчитаны так, чтобы при номинальном токе температура двигателя т_у была равна допустимой температуре Тдоп.

В этом случае нет необходимости производить проверку двигателя по нагре­ву, так как этот расчет выполнен заводом-изготовителем.

или среднеквадратичный момент

При пуске потери ∆Р выше, но так как пуск производится редко, то потери при пуске не учитываются. При переменной статической нагрузке строится на­грузочная диаграмма Рс = f(t), рассчитывается среднеквадратичная мощность

и предварительно выбирается двигатель мощностью Р_дв = Рсркв или Рдв = Mcpkb* ω

. Далее рассчитываются механические характеристики, нагрузоч­ные диаграммы I(t), M(t), ω(t) и определяется приемлемым методом эквивалент­ная нагрузка двигателя для реального графика.

Если использован метод эквивалентного тока, то полученное значение I_Э сравнивается с номинальным током I_н

34. Повторно – кратковременный номинальный режим работы. Выбор электродвигателя для повторно – кратковременного режима

Повторно-кратковременный номинальный режим S3 - режим работы электродвигателя (рис. 4.16), при котором кратковременные пе­риоды работы t_P с постоянной номинальной нагрузкой чередуются с паузами t₀, причем как при работе, так и в паузе температура двигателя t(t) не успевает достичь установившегося значения т_у.

Относительная продолжительность вклю­чения

Допускаемая нагрузка на валу двигателя приводится при каталожных ПВ = 15, 25, 40, 60, 100%.

Нагрев и охлаждение двигателя. По прошествии определенного времени работы получим регулярный график изменения температуры, максимальные температуры т_Мдкс в циклах будут равны, будут повторяться и минимальные температуры т_мин.

В установившемся повторно-кратковременном режиме (ПКР) получим урав­нения теплового баланса t(t): - для времени работы t_P

- для паузы t₀

Здесь необходимо учесть условия теплоотдачи работающего и остановлен­ного двигателя.

Найдем максимальную температуру

откуда

Вычитаемое в знаменателе меньше вычитаемого в числителе, поэтому Т_макс < Ту. Если создать в ПКР нагрузку, равную номинальной длительного ре­жима, то двигатель будет недогружен. Следовательно, нужно создавать нагруз­ку большую номинальной, чтобы максимальная температура в цикле достигала допустимого значения по условиям нагрева: Тмакс = Т _ДОП

Приравняем Тмакс = Т _ДОП:

В полученном выражении:

• р₀ уменьшает продолжительность паузы во столько раз, во сколько раз ху­же теплоотдача остановленного двигателя;

• β₀t₀ - это время паузы, за которое двигатель успел бы снизить температу­ру, если бы не изменились условия теплоотдачи;

• ε' - приведенная относительная продолжительность включения. Она при­ведена к таким же условиям охлаждения в паузе, как при вращении с постоян­ной скоростью.

Упростим к_т из условия, что tц / Т_т < 0,1. Используя разложение в ряд Макло-рена функции

получим

Таким образом, нагрузку на двигатель можно увеличить на столько, чтобы потери увеличились в 2,5 раза !? Много это или мало?

Лучше оценить перегрузку коэффициентом перегрузки по току k_j.(ero назы­вают также коэффициентом механической перегрузки).

Если постоянные потери не изменяются, то

примере к_т = 2,5, тогда ki « 1,6. Для полного использования по нагреву двигателя длительного режима работы в повторно-кратковременном режиме его эквива­лентный ток должен быть увеличен в k_j раз.

В примере получили ki= 1,6. А если ε' = 0,25, тогда I_Доп = 2!_н.

Для повторно-кратковременного режима нужны другие двигатели, обеспечи­вающие более высокие тепловые режимы.

Двигатели повторно-кратковременного режима работы. Для повторно-кратковременного режима работы (режим работы S3) выпускаются двигатели специальных серий, предназначенных для этого режима. Наиболее известна краново-металлургическая серия, в которой по сравнению с двигателями обще­промышленной серии:

• усилены быстронагревающиеся части (коллектор - в двигателях постоян­ного тока, усилены обмотки статора и ротора асинхронных двигателей - выдер­живают токи короткого замыкания);

• за счет уменьшения диаметра ротора (якоря) снижены моменты инерции;

• увеличена перегрузочная способность двигателей до 3 - 4 значений номи­нального момента.

Двигатели этой серии (постоянного тока - типа Д, переменного тока - типа 4MTF(H)) имеют и другой способ нормирования, при котором в каталоге указы­вается допускаемая нагрузка на валу Р_ДОп при различных значениях ПВкат =15, 25, 40, 60, 100%. Для примера в табл. 4.2 приведены каталожные данные двига­теля MTF412-6.

Таблица 4.2

Приводятся в каталогах также и каталож­ные кривые М, I, cos φ₁ = f (S) - для асин­хронных двигателей иМ, n, η=f(!) - для дви­гателей постоянного тока. На рис. 4.17 на ка­таложной механической характеристике пока­заны значения моментов и скоростей при различных ПВ, из которой видно, что двига­тель обладает одной характеристикой, ака-таложные данные ПВ приводятся для одной из точек этой характеристики.

Номинальными данными для расчета характеристик двигателя являются ката­ложные данные при ПВ = 40%. Обратите внимание, что перегрузочная способность

М_к / М_н= 3 приведенного в таблице 4.1 двигателя получена при номинальном мо­менте М_н для ПВ = 40%, который сам вдвое больше момента при ПВ = 100%. Таким образом, по сравнению с двигателями общепромышленной серии перегрузочная способность двигателей краново-металлургической серии в 2...2,5 раза больше.

При увеличении ПВ снижаются допускаемые потери АР, допускаемая по на­греву мощность Р, токи и момент двигателя, растет скорость. Но при этом сни­жаются и КПД, и cos ф, что свидетельствует о том, какой ценой получено увели­чение перегрузочной способности двигателя.

Определение допускаемой нагрузки при ПВ, отличной от каталожной. При работе двигателя с ПВ_фАКт = ПВ_кат в каталоге указаны допускаемые нагруз­ки. Проверка двигателя по нагреву достаточно проста. Необходимо выполнить для реального графика расчет эквивалентных потерь АР_Э или эквивалентного тока !э (или других приемлемых величин) и сопоставить их с каталожными.

Двигатели выбираются по каталогу таким образом, чтобы значение его мощ­ности Р_кат при ПВ_кат было бы равно и несколько больше рассчитанной мощно­сти Р_дв.

Задача усложняется, если ПВ отличается от каталожной, при ПВ_фАКт =ПВ_кат. Решить такую задачу можно графическим или аналитическим методами.

1. Графический метод предполагает построение по каталожным данным (см. табл.4.1) зависимости I_ДОп = f(ПB) и нахождение допускаемой нагрузки при

ПВ = ПВ_факт. Пример такого определения показан на рис. 4.18.

2. Чаще эту задачу решают аналитически. Для этого воспользуемся методом эквивалентных потерь.

Пусть имеем два графика нагрузки (рис. 4.19) с одинаковым временем цикла tц₁ = tц₂= tц, но время работы в циклах различно. Пусть для графика 1 продолжи­тельность включения равна каталожной ε₁ = εкат, для графика 2 - ε₂ = £факт. Нуж­но определить допускаемую нагрузку при фактической продолжительности

ВКЛЮЧеНИЯ ε_фАкт.

обоих графиков должны быть равны:

Тогда

- приведение постоянных потерь каталожного графика к

фактическому ПВ.

Разность приведенных постоянных потерь каталожного графика и постоян­ных потерь фактического графика мала, и ею можно пренебречь. Тогда допус­каемый ток можно принять равным:

В паспортных данных учтены условия охлаждения для каталожного ПВ. Как учитывать изменение условий охлаждения между каталожными ПВ?

Если ПВ увеличивается, то при одинаковой нагрузке растут постоянные по­тери (холостого хода), растет температура, но одновременно растет теплоотда­ча за счет увеличения времени работы, что заставляет температуру уменьшать­ся. Таким образом, факторы уравнения теплового баланса взаимно компенси­руются, и это можно учесть в !_ДОп для облегчения расчетов за счет незначитель­ного снижения точности

Но при этом для сопоставления необходимо принимать значения !ка_т иПВ, ближайшие к ПВ_кат.

Такое выражение справедливо при выборе специальной краново-металлургической серии. Если в повторно-кратковременном режиме использу­ется двигатель общепромышленной серии, такое упрощение недопустимо, и расчет ведут по полной формуле (4.58).

При нагрузках, близких к номинальным, когда мощность пропорциональна току (cos φ и η мало изменяются в этом случае) допустимо использовать метод среднеквадратичной мощности

Если время цикла t_ц > 10 мин, то расчет выполняют как для продолжительно­го режима.

Выбор по мощности двигателя повторно-кратковременного режима. По­следовательность выбора двигателя по мощности для повторно-кратковременного режима работы подробно изложена в учебном пособии по курсовому проектированию [26]. В этом разделе перечислим лишь основные этапы проектирования.

1. На основании кинематической схемы механизма (рабочего органа) рассчи­тываются статические мощности или статические моменты рабочего органа на каждом участке работы и строятся нагрузочные диаграммы Р_рост (t) или Мрост(t);

2. Если задано допустимое ускорение а_Доп, рассчитываются динамические моменты М_Р0Дин на участках пуска и торможения, при расчете нагрузочных диа­грамм мощности рассчитывают

3. 

   

   и с учетом знака определяют мощности на участках

4. 

   

   Если а_Доп не задана, то следует его значение поискать в технической лите­ратуре для своего или аналогичного механизма и принять приближенное значе­ние по интуиции. При отсутствии данных по а_Доп нет возможности для расчета динамических моментов;

5. 3. Времена работы и пройденный путь на участках пуска и торможения рас­считывают по известному а_ДОп и рабочей скорости v_y:

6. 

   

   Времена работы в установившемся режиме - по заданному пути перемеще

7. 

   

8. ния L и пути установившегося режима L_у:

9. 1. 

   Если а_Доп не задано, приходится строить нагрузочную диаграмму только для

10. статики и рассчитывать только время работы на участке

11. 4. По построенной нагрузочной диаграмме M(t) рассчитывают среднеквадра­тичный момент М_Сркв (по диаграмме P(t) - среднеквадратичную мощность

12. 

    2. 

    Рср кв)

13. где к₃ - коэффициент запаса на неучтенные маховые массы двигателя и пере- дачи, интуитивно выбираемый равным к₃ = 1,1 1,5. При этом для отношения

14. t_n / t_y < 0,05 принимают меньшие значения к₃, для t_n / t_y > 0.2_0,3 - большие значения к₃. При t_y , близком к нулю (следящие системы), к₃ может принимать очень большие значения, в этом случае расчет по 5.13 становится очень гру­бым;

15. Пп - КПД передачи, на предварительной стадии можно принять ηп= 0,8. На основе расчета по 5.13 выбирают из каталога мощность двигателя Ркат при ПВкат, равную или несколько большую Рдвпред:

16. 

17. 6. Выбирают редуктор с передаточным числом, равным или несколько мень­шим рассчитанного по формуле

при этом номинальный момент М_н ред на быстроходном валу редуктора должен быть равен или несколько больше номинального момента на валу двигателя

М_НДв

Приводят статические моменты M_C и моменты инерции J к валу двигателя;

7. Выбирают систему управления электропривода (ТП-Д, ПЧ-АД, реостатное управление и т.п.) и выбирают преобразователи или панель управления;

8. Выполняется расчет механических и электромеханических характеристик системы электропривода;

10. Рассчитываются переходные процессы и строятся нагрузочные диаграм­мы w(t), M(t), I(t), L(t) и другие;

11. Выполняется проверка двигателя по нагреву приемлемым методом экви­валентных величин, чаще всего - методом эквивалентного тока

при этом βitj - учитывает только время работы, время паузы t₀ учтено заводом-изготовителем и в расчете по (4.53) не участвует. Величина допустимого тока !_Доп рассчитывается при фактическом ПВ

по формуле

Значение каталожного тока Iкат находят в каталоге при соответствующем ПВкд-р

Допустимое соотношение между эквивалентным и допустимым токами

!_э = (0,85_0,9)* I_доп.

12. Проверка выполнения технологических требований:

• по допустимому ускорению а_ДОп;

• по обеспечению заданных скоростей ω_P0;

• по производительности выполняется сравнением заданного t_P3Afl и расчет­ного времени работы привода в цикле t_PPAc4:

13. Проверкой на кратковременные перегрузки двигателя и преобразователя сравнивают время и величину перегрузок в системе электропривода с допусти­мыми предельными значениями по каталожным данным; 14. При реостатном управлении производят выбор пуско-тормозных резисто- ров и проверку их по нагреву;

15. Расчет энергетических показателей электропривода за время цикла: - цикловый КПД Пи = А/Р,

механическая энергия на валу за время цикла;

активная электрическая энергия из сети;

реактивная электрическая энергия из сети.