Тема: Определение мощности двигателя по его нагреву при различных режимах работы

Все номинальные режимы работы электропривода подразделяются:

S1 – продолжительный

S2 – кратковременный номинальные

S3 – повторно-кратковременный

S4 – с частыми пусками разновидности повторно -

S5 – с частыми пусками и кратковременного

электроторможением

S6 – перемежающийся режим – номинальный

S7 – с частыми реверсами разновидности

S8 – с изменением скорости перемежающегося режима

вращения

Определение мощности двигателя по нагреву при продолжительном режиме работы (s1)

Продолжительный номинальный режим - это режим работы при неизменной продолжительной нагрузке [t  (3…4)Т], когда достигается установившееся превышение температуры (τ_уст).

Различают:

1. – продолжительный режим с постоянной нагрузкой (Р =const);

2. – продолжительный режим с переменной нагрузкой (P  const).

Первый случай.

Если Р=const, то и I=const, следовательно и количество теплоты, выделяющееся при работе двигателя будет постоянным (Q = const).

В подобном режиме работают двигатели центробежных насосов, вентиляторов, транспортеров с постоянной загрузкой.

Исходными данными для определения мощности двигателя являются нагрузочные диаграммы электропривода. Они могут быть заданы в виде:

Р = ƒ(t), M = ƒ(t), I = ƒ(t), Q = ƒ(t).

P

Р,М,Q,I

I

_М

_Q

t

Рис.67 График нагрузочных диаграмм

В данном случае номинальная мощность двигателя больше или равна мощности машины (нагрузки), т.е. выполнено условие

Р_н  Р.

Тогда, установившееся превышение температуры двигателя над окружающей средой будет меньше или равно допустимому превышению температуры двигателя над окружающей средой или

τ_{уст } τ_доп

Например, при выборе двигателя для центробежного насоса или вентилятора, рассчитывается мощность привода этих машин по формуле:

Р = Q_подачи·H·к_зап  η_перед·η_нас (72)

где Q_подачи – производительность насоса или вентилятора (м³);

H – напор или высота подъема воды (м);

к_зап – коэффициент запаса мощности при неравномерности напора (принимается в расчетах к_зап = 1.05…1.5);

η_перед, η_нас – соответственно, КПД передачи и насоса (по справочным данным данных машин).

По справочнику электрического оборудования выбирается двигатель из условия Р_н  Р. При этом, считается, что выполняется условие τ_{уст } τ_доп.

Поскольку, мощность двигателя пропорциональна вращающему моменту на валу, т.е. Р ≡ М при постоянной угловой скости вала двигателя (= const), то у выбранного двигателя и М_н ≥ М. Тогда также выполняется условие

τ_уст≤τ_доп

Это условие выбора двигателя по моменту.

Таким же образом может быть выбран двигатель по току, если нагрузочная диаграмма была задана (снята с работающей установки электропривода) в функции I =(t). Тогда должно быть выполнено условие выбора: номинальный ток двигателя (по справочнику) должен быть больше или равен току нагрузки, т.е.

I_н  I

Следовательно, будет выполнено условие

τ_уст ≤ τ_доп.

Это условие выбора двигателя по току.

Так как, тепловые потери в двигателе пропорциональны силе тока, то может быть произведен выбор двигателя и по условию

Q_н ≥ Q

Следовательно, будет также выполняться условие

τ_уст ≤ τ_доп.

Условие выбора двигателя по тепловым потерям в двигателе.

2-ой случай

При неравномерной нагрузке, т.е. Р  const.

Выбор двигателя по мощности для продолжительного режима работы с переменной нагрузкой представляет более сложную задачу, чем в первом случае.

Действительно – если выбрать двигатель по максимальной нагрузке, то в тепловом отношении двигатель будет недогружен в моменты работы его при минимальной нагрузке.

Наоборот - выбор двигателя по минимальной нагрузке приведет к его перегреву при работе на максимальной нагрузке.

Как первый, так и второй варианты не могут являться рациональным решением задачи.

Выбор мощности по среднему значению нагрузки допустим только тогда, когда колебания нагрузки невелики. В противном случае двигатель может перегреться, т.к. среднее арифметическое не учитывает квадратичной зависимости потерь в двигателе по току (Q= I²R), протекающему в обмотках.

Долговечность изоляции обмоток двигателя зависит от ее температуры нагрева. Поэтому, при переменной нагрузке мощность двигателя следует выбирать так, чтобы в момент максимальной нагрузки, температура изоляции не превышала бы допустимой температуры для данного класса изоляции.

В этом случае, для такого рода нагрузок (переменных по величине), пользуются, в практике выбора двигателя по мощности, упрощенными методами средних или эквивалентных теплопотерь.

Нагрузочная диаграмма задается в любом из видов:

Р = (t), M = (t), I = (t), Q = (t).

Q₂

Р P₂

Q

Q_экв

P₁ P_ί

Q₁

P_n

Q_ί

Q_n

QQ

Р = (t)

t

t₁ t₂ t_i t_n

Рис.68 Нагрузочная диаграмма

По эквивалентным тепловым потерям можно выбрать двигатель, зная чт:

Q_ср = Q_экв = = const

где Q_ί= I²_ίR + P_пост

где I_ί – ток в обмотках двигателя при данной нагрузке;

R – активное сопротивление обмоток двигателя.

Зная эквивалентные тепловые потери, выбирается по справочнику двигатель исходя из условия:

Q_н  Q_экв .

Тогда выполняется условие

τ_уст ≤ τ_доп.

При выполнении данных условий считается, что двигатель выбран верно.

Этот метод является достаточно точным и надежным для определения средней температуры двигателя за цикл. Хотя двигатель и подвергается кратковременному воздействию пиковых температур, срок службы его практически не изменяется.

Метод рекомендуется применять когда P_пост  const. Так, одной из составляющих постоянных потерь мощности (P_пост) является величина магнитного потока «Ф», т.е. P_магнит = (Ф), который, в свою очередь, зависит от тока якоря. Поэтому, для сериесных (с последовательной обмоткой возбуждения) двигателей постоянного тока, где Р  I_я  Ф этот метод является наиболее точным.

На практике чаще используются менее точные, но более удобные в расчетах методы:

1 – эквивалентного или среднеквадратичного тока;

2 - эквивалентного или среднеквадратичного момента;

3- эквивалентной или среднеквадратичной мощности.