книги из ГПНТБ / Кузнецов Б.В. Электрооборудование и электроснабжение торфопредприятий учеб. пособие

струкции: чем больше размеры электродвигателя, тем больше его теплоемкость. Так как Т прямо пропорциональна теплоемкости С, то с увеличением габарита электродвигателя она увеличивается. Но Т обратно пропорциональна коэффициенту теплоотдачи. Поэто­ му при прочих равных условиях Т вентилируемых машин меньше, чем невентилируемых.

При рассмотрении законов нагревания и охлаждения электро­ двигателей имелось в виду, что нагрузка электродвигателя в те­ чение продолжительного времени остается постоянной, а следова­ тельно, остается неизменным и установившийся перегрев.

В действительности нагрузка электродвигателя в процессе его работы может меняться различным образом по величине. Кроме того,- электродвигатель может периодически или эпизодически от­ ключаться от сети на некоторое время. Поэтому нагрев электродви­ гателя в процессеего работы не остается постоянным, а претерпе­ вает изменения во времени. В соответствии со стандартом установ­ лены три основных номинальных режима работы электродвигателей в зависимости от характера и длительности его работы: длитель­ ный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Под длительным понимается режим, при котором в течение периода нагрузки температура электродвигателя достигает уста­ новившегося значения. Различают длительный режим с малоизменяющейся (постоянной) и переменной нагрузками. Примерами механизмов, работающих в длительном режиме с малоизменяющейся нагрузкой, могут служить центробежные насосы, компрессоры, вентиляторы, некоторые конвейеры и транспортеры. В длительном режиме с переменной нагрузкой могут работать металлорежущие станки, прокатные станы и т. д. Соответствующие графики мощно­ сти и перегревов для длительного режима с постоянной (а) и пе­ ременной (б) нагрузкой приведены на рис. 5-2.

Кратковременным называется режим, при котором в период на­ грузки температура электродвигателя не достигает установивше­ гося значения, а за время паузы электродвигатель успевает охла­ диться до температуры окружающей среды. В режиме кратковре­ менной нагрузки работают некоторые вспомогательные приводы станков (приводы суппортов, бабок, поперечин), механизмы раз­ движных мостов, шлюзов и других гидротехнических сооружений. Графики мощности и перегрева для кратковременного режима ра­ боты приведены на рис. 5-2, в.

Повторно-кратковременный режим характеризуется периода­ ми нагрузки и пауз (рис. 5-2, г), причем за период нагрузки темпе­ ратура электродвигателя не успевает достигнуть установившегося значения, а за время паузы электродвигатель не успевает пол­ ностью охладиться.

Характерным показателем для повторно-кратковременного ре­ жима работы является так называемая относительная продолжи­ тельность включения, под которой понимается отношение времени работы электродвигателя к общей продолжительности цикла (рис. 5-2, г). Для крановых электродвигателей эта величина, обозначае-

80

Рис. 5-2. Графики мощности и перегрева.

мая ПВ, стандартизирована и составляет 15, 25, 40 и 60%. Она указывается на щитке электродвигателя.

Примерами механизмов, работающих в повторно-кратковре­ менном режиме, могут служить крановые механизмы.

§ 5-3. Выбор электродвигателя при различных номинальных режимах работы

Длительный режим работы. Если электродвигатель должен работать длительно с постоянной или малоизменяющейся нагруз­ кой (например, приводы насосов, вентиляторов, конвейеров и др.), то определение его мощности производится расчетным путем по эмпирическим формулам с учетом поправочных коэффициентов. Например, расчетная мощность электродвигателя (мощность на валу) для привода насоса может быть определена на формуле

где Q •— производительность насоса, м3/сек\ Н — полная высота напора, м;

V — плотность жидкости, Н/м3; чг],, — к. п. д. насоса;

Tjn — к. п. д. передачи.

81

Расчетная мощность электродвигателя Рр должна быть равна

или несколько меньше номинальной мощности Р„, принятой по каталогу, т. е.

Рр Рц-

При выборе по каталогу типа электродвигателя следует руко­ водствоваться приведенными выше соображениями в отношении условий окружающей среды, способа сопряжения электродвигателя с рабочей машиной, рода тока, напряжения, скорости вращения. К электроприводу предъявляется ряд других требований, напри­ мер повышение пусковых моментов, скольжения.

Пример 5-1. Определить мощность и выбрать электродвигатель для привода центробежного насоса производительностью Q= 0,01 м3/сек и частотой вращения 1450 об/мин. Расчетная высота подачи напора воды Н —22 м, к. п. д. насоса % = =0,5, к. л. д. передачи т]п= 1.

Р е ш е н и е . Расчетная мощность на валу электродвигателя, согласно ,(5-5):

Выбор электродвигателя, работающего в длительном режиме с переменной нагрузкой, производится на основании нагрузочного графика, представляющего зависимость тока, момента, мощности от времени І,'М, P=f(t). При­

бы эквивалентен заданному режиму переменной нагрузки в отноше­ нии -нагрева электродвигателя.

Продолжительный режим с постоянной нагрузкой эквивален­ тен режиму с переменной нагрузкой, если в том и другом случаях за одно и то же время цикла выделится одно и то же количество тепла, т. е. если

82

терям в электродвигателе за то же время. В соответствии с этим можно написать, что

h

Приведенная формула соответствует нагрузочному графику с прямоугольными участками. Если график содержит участки, где величины токов не остаются постоянными в отдельные периоды времени (рис. 5-3), то эквивалентный ток определяется по формуле

Например, для участков, имеющих вид треугольника (^і на рис. 5-3), эквивалентный ток будет равен

для участков, имеющих вид трапеций (І5на рис. 5-3),

(5-11)

Формулы (5-8), (5-10)’и (5-11) дают возможность определить эквивалентный ток с достаточной для практики точностью при лю­ бом заданном нагрузочном графике тока (а также момента и мощ­ ности) .

Имея значение / э, выбирают в каталоге электродвигатель (зная предварительно род тока, напряжение, скорость вращения и другие данные), соблюдая условие

/о < /„•

Выбранный по нагреву электродвигатель должен быть прове­ рен на перегрузочную способность. Такая проверка нужна в тех случаях, когда нагрузочный график содержит непродолжительные

83

и большие по величине’пики нагрузки. При этом должно быть вы­ полнено условие:

для электродвигателей постоянного тока

-двигателя (перегрузочная способность электро­ двигателя), определяемые условиями коммута­ ций у машин постоянного тока (А.макс=1,8—2,5) и опрокидывающим моментом у асинхронных и син­ хронных электродвигателей % принимается по каталогу);

наибольшее значение тока, определяемое из на­ грузочного графика;

0,9— коэффициент, учитывающий снижение напряже­ ния на 10% в эксплуатационных условиях.

Если условие перегрузки не соблюдается, необходимо взять электродвигатель, следующий (больший) по шкале мощности, ру­ ководствуясь при этом не условиями нагрева, а перегрузочной спо­ собностью.

Метод эквивалентного тока применим для электродвигателей любых типов. Для электродвигателей с малоизменяющимся магнит­ ным потоком в процессе работы (параллельные электродвигатели постоянного тока, асинхронные) метод эквивалентного тока может быть заменен методом эквивалентного момента:

Если при этом не меняется также и скорость вращения в процессе работы, метод эквивалентного тока может быть заменен методом эквивалентной мощности:

“Г Р \к + ^ 3 +

и

(5-15)

Выбранный по каталогу электродвигатель должен быть прове­ рен по перегрузке:

где Мп—1номинальный момент электродвигателя; Ма6 — наибольший момент по графику.

84

При проверке электродвигателя по пусковому моменту должнобыть соблюдено условие

Ali — момент, соответствующий первому участку нагрузоч­ ного графика.

Пример 5-2. Выбрать электродвигатель для привода нерегулируемого ме­ ханизма, работающего по нагрузочному графику, приведенному на рис. 5-4. Частота вращения приводимого вала я —1460 об/мин.

Р е ш е н и е . Эквивалентный момент по графику, согласно (5-14),

85

Сопоставление полученных данных с данными нагрузочного графика пока­ зывает, что принятый электродвигатель удовлетворяет требованиям перегрузки, но не проходит по пусковым условиям, так как пусковой момент меньше момента сопротивления на валу электродвигателя при пуске 244<400 Н • м.

Следующим большим по мощности будет электродвигатель типа А02-82-4;

В подобных случаях, когда момент сопротивления при пуске значительно превышает момент при установившемся режиме, целесообразно принять электро­ двигатель с повышенным пусковым моментом. Примем электродвигатель типа АОП-81-4; Рн =40 кВт; пн=>1470 об/мин; Хк =2,2; kM=1,8.

Проверим электродвигатель по пусковому моменту;

0 ,9 2-1,8-——— -10—1« 400 Н-м. 1470

Так как пусковой момент равен моменту сопротивления, то электродвигатель выбран правильно.

Кратковременный режим работы. Мощность электродвигателя, работающего в режиме кратковременной нагрузки, определяется аналогичными методами, приведенными для длительного режима при переменной нагрузке. Выбор электродвигателя следует произ­ водить по специальным каталогам. Использование для кратковре­ менной работы электродвигателей нормальных серий, предназна­ ченных для продолжительного режима работы, нецелесообразно, так как в большинстве случаев при кратковременной нагрузке. электродвигатели не могут быть использованы полностью по на­ греву.

Повторно-кратковременный режим работы. Мощность электро­ двигателя, работающего в режиме повторно-кратковременной на­ грузки, может быть определена по методу эквивалентных вели­ чин — тока или момента. Метод эквивалентной мощности здесь не­ приемлем, так как в режиме повторно-кратковременной нагрузки в течение всего времени цикла не соблюдается пропорциональ­ ность между током электродвигателя и его мощностью.

Для подъемно-транспортных механизмов, работающих в пов­ торно-кратковременном режиме, следует применять специальные крановые электродвигатели, предназначенные для тяжелых усло­ вий работы — частых пусков, торможения, значительных колебаний нагрузки, превышающих номинальную мощность. Электродвигате­ ли имеют увеличенные пусковой и максимальный моменты. Они характеризуются относительной продолжительностью включения ПВ = 15, 25, 40 и 60% при общей продолжительности цикла работы 10 мин. Один и тот же тип электродвигателя при разных ПВ имеет разные номинальные мощности. Чем больше ПВ, тем меньше его номинальная мощность.

Пересчет мощности электродвигателя с одного значения ПВ на другое производится на основании следующего приближенного

Глава 6

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В

■§ 6-1. Назначение и классификация электрических аппаратов

Схемы управления электроприводами содержат различные ап­ параты, осуществляющие пуск, торможение, изменение направления вращения и скорости электродвигателей, защиту их от работы при ненормальных режимах, сигнализацию состояния цепей управле­ ния и выполняют ряд других функций.

Аппараты управления и защиты электродвигателей могут быть классифицированы по различным признакам.

По напряжению различают аппараты напряжением до 1000 В и выше 1000 В (по устаревшей терминологии — соответственно низковольтные и высоковольтные).

По исполнению (способу защиты от воздействия окружающей среды) аппараты делятся на открытые (без кожуха), защищенные (помещенные в негерметизированный кожух), пылевлагонепрони­ цаемые, взрывобезопасные и специальные.

По способу воздействия на электрическую цепь различают ап­ параты контактные, замыкающие или размыкающие электрическую цепь контактами, и бесконтактные, воздействующие на электриче­ скую цепь путем резкого увеличения или уменьшения ее сопротив­ ления без разрыва или замыкания.

и с механическим (от электромагнита, пружины, электродвигателя, пневмоцилиндра и др.). Некоторые аппараты имеют комбиңированный привод.

По назначению в схеме управления различают аппараты управ­ ления силовыми цепями (с током более 20 А), командные аппараты (предназначенные для выработки командных импульсов), аппа­ раты защиты электродвигателей, технологического контроля, сиг­ нальные и аппараты усиления сигналов (усилители).

Электрические аппараты состоят из различных элементов, ко­ торые на электрических схемах изображаются условными знаками (см. Приложение 1), установленными Государственным общесоюз­ ным стандартом.

88

§ 6-2. Рубильники и пакетные выключатели

Рубильники применяются для замыкания и размыкания цепей постоянного и переменного тока при напряжениях до 660 В и токах до 1000 А. Допускается с помощью рубильников включать и отклю­ чать асинхронные короткозамкнутые электродвигатели мощностью не более 10 кВт.

Для переключения цепи тока на два направления (например* для осуществления реверса электродвигателя) применяются пере­ ключатели, отличающиеся от рубильников наличием двух комп­ лектов неподвижных контактов. Ножи переключателей замыкаются с одним или вторым комплектом контактов и таким образом осу­ ществляют переключение с одной электрической цепи на другую.

Промышленность изготовляет рубильники типа Р и переклю­ чатели типа П на токи от 100 до 600 А. По количеству ножей они делятся на двухполюсные и трехполюсные; по способу монтажа — для установки на лицевой стороне панели и на задней панели; по способу присоединения проводов — с передним и задним при­ соединением.

В настоящее время получили распространение совмещенные рубильники-предохранители. В этом аппарате контактные ножи заменены предохранителями, закрепленными на общей траверсе, которая поворотом рукоятки перемещается в горизонтальной плос­ кости. При подъеме рукоятки вверх ножи предохранителей входят между пружинящими элементами неподвижных контактов и замы­ кают цепь тока. Преимуществом этой конструкции является безо­ пасность обслуживания, так как в отключенном состоянии предо­ хранители отсоединены от проводов под напряжением и могут быть 'без опасений сняты для замены.

Пакетные выключатели и переключатели представляют собой бо­ лее совершенное и компактное устройство, чем обычные рубильни­ ки. Они применяются в цепях переменного и постоянного токов и рассчитаны на токи от 10 до 400 А при напряжении 220 В и до250 А при напряжении переменного тока 380 В. Пакетные выклю­ чатели используются в качестве ручных пускателей для маломощ­ ных электродвигателей, а также в цепях управления и сигнали­ зации.

Пакетные выключатели и переключатели выпускаются одно-, двух- и трехполюсными, в открытом исполнении типа ПК и в гер­ метическом типа ГПК-

§ 6-3. Контроллеры, реостаты и ящики сопротивлений

Контроллеры применяются в сложных электрических цепях для ручного управления электроприводами кранов, экскаваторов, механизмов передвижения торфяных машин и в других случаях. При помощи контроллеров производят пуск, остановку, реверси­ рование и регулирование скорости электродвигателей постоянного и переменного тока.

89