книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

Если в полученном выражении пренебречь относительно малыми вторыми слагаемыми в чпслптеле н знаменателе, то

Учитывая, что потерн в переходных процессах пропорциональны моменту пнерцпп системы электропривода, можно записать:

Для электроприводов многих производственных механизмов характерным является рабочий цпкл, состоящий из нескольких частных циклов, причем нагрузка па валу двигателя за время како- го-лпбо частного цикла может отличаться от нагрузки в течение других частных циклов, как это показано на рпс. 11-16. В этом слу­ чае допустимая частота основных рабочих циклов может быть также определена по (11-53), если в эту формулу подставить

1= 1

где ДТЕп.ш, APj, /pi, in. ni — соответствешю потери энергии за время переходных процессов, по­ тери мощности при работе в устано­ вившемся режиме, время включения двигателя п время переходных про­ цессов для i-го частного цикла;

п — число частных циклов.

11-8. РАБОТА ЭЛЕКТРОПРИВОДА С МАХОВИКОМ ПРИ УДАРНОЙ НАГРУЗКЕ

Большое число производственных механизмов, которые могут быть объединены в одну группу по рабочему режиму, характеризу­ ется ударной нагрузкой на валу, когда момент статической нагрузки резко увеличивается по различным законам, а затем снижается до момента холостого хода. Изменение статического момента пропс-

550

ходит чаще всего с некоторой периодичностью. К механизмам ука­ занного типа могут быть отнесены ковочные машины, прессы, неко­ торые прокатные станы, поршневые пасосы, компрессоры и т. п.

Простейший график статического момента прп ударном харак­ тере нагрузки приведен на рис. 11-17, а. Если бы электропривод соответствующего механизма не обладал инерционностью, то момент

Однако любой электропривод обладает инерционностью, по­ этому законы изменения момента и скорости двигателя могут быть найдены на основании (8-7) и (8-8) — см. также (8-37) и (8-38).

В период холостого хода механизма (рис. 11-18)

1 _ е _ 'ц/Гм

551

Анализ этого выражения показывает, что значение Л/макс умень­ шается с ростом Гм, а при снижении Тм увеличивается. Действи­ тельно, для предельных значений Гм можно найти:

т. е. со снижением электромеханической постоянной времени значе­ ние максимального момента двигателя стремится к значению макси­ мального момента статической нагрузки, а с увеличением зна­ чение Л/макс стремится к среднему за период значению момента статической нагрузки. Разница между статическим моментом и мо­

ментом двигателя в процессе прохождения пика нагрузки покрывается за счет запаса ки­ нетической энергии, накоплен­ ной во вращающихся частях электропривода.

Обычно в электроприво­ дах, работающих с ударной нагрузкой, на палу двигателя устанавливается дополнитель­ ный маховик, который берет на себя часть нагрузки при резком ее возрастании. Проис­ ходит это вследствие снижения скорости электропривода во

время пика нагрузки, благодаря чему часть кинетической энер­ гии, запасенной маховиком, передается на вал электропривода. При перепаде скорости от ojl.„ до а>сэпергия, запасенная маховиком

Б период снижения нагрузки, когда скорость электропривода возрастет, запас кинетической энергии маховика вновь возрастет; двигатель при этом песет нагрузку большую, чем Л/со.

Ударпая нагрузка, вызывая колебания момента п тока двига­ теля, приводит, кроме того, к увеличению переменных потерь в двигателе п сети, поскольку эти потерн пропорциональны квадрату тока. Выравппвание графика нагрузки ведет к снижению этих потерь.

Поясним сказанное примером. На рпс. 11-19 приведен график работы механизма с ударной нагрузкой Р (г). Допустим, что вре­ мя одного цпкла состоит пз двух равных частей tn/2 н что в течение первой половины времени — при пике нагрузки — мощность в 3 раза превышает мощность холостого хода Р0. При постоянном напряжении сети переменные потери пропорциональны квадрату мощности п, например, для графика, приведенного на рпс. 11-19, за время одного цикла они равны:

АИ\ = с (3Р„)з ig+ c P l - ^ c • 5/%,

где с — коэффициент пропорциональности.

552

Если бы удалось полностью выровнять график до некоторой

вили бы:

Д1Р3= с (2Р0)2 1а = с АРрц.

Таким образом, выравнивание графика нагрузки в этом примере привело бы к уменьшению потерь на 20%. При большей неравномер­ ности графика нагрузки уменьшение потерь после ее выравнивания

па вал (на рис. 11-20 соответствует площади заштрихованных участков со знаком «минус»), а в период холостого хода, т. е. с увеличением скорости, запасает ее (площадь заштрихованных участ­ ков со знаком «плюс»). Энергия, отданная маховиком за цикл, должна быть равна энергии, вновь накопленной маховиком. Если это условие не соблюдается, то в последующие периоды начальная скорость цикла не будет оставаться постоянной, двигатель при этом будет перегружен либо он выбран завышенной мощности.

Один из наиболее простых методов совместного предварительного выбора двигателя и маховпка заключается в том, что из всего рабо­ чего цикла рассматривается лишь наиболее тяжелый перпод загрузки двигателя. На! рпс. 11-20 оп определяется временем tK. Указанный перпод характеризуется максимальным статическим моментом М с. ,мако момептом, который развивает двигатель в конце периода

553

М'с, и начальным моментом двигателя M'CQ. Для упрощения предва­ рительных расчетов обычно полагают М ' « М со.

Для приведенного графика, считая, что прп М'с двигатель должен работать с максимальной перегрузкой; можно записать:

фиком нагрузки, а Мн, Я, со0, sa — паспортными данпымп двигателя. Входящий в выражение момент пнерцпи равен сумме моментов инерции двигателя и маховика.

Решая (11-56) относительно момента пнерцип, получаем:

Момент пнерцни маховика находится нз выражения

J махов —J —-Япр,

где / пр — момент инерцпп электропривода.

После соответствующего механического расчета маховика необ­ ходимо провести проверку правпльностп выбора двигателя и махо­ вика, для чего строятся графпкп момента п скорости за цикл, аналогичные приведенным иа рнс. 11-20. Критерием правильности выбора служат условия:

Л7сонач = Л/сокон;

т соиач = И>со кон-

Обратны внимание на то, что сумма отрицательных площадей, пропорциональных кинетической энергии, отдаваемой маховиком (рис. 11-20), прп правильном его выборе должна быть равна сумме положительных площадей, пропорциональных запасенной махо­ виком энергии.

Предварительно выбранный указанным методом двигатель проверяется по нагреву одним из изложенных ранее способов.

Из (11-57) следует, что момент пнерцни маховика может быть снижен при увеличении скольжения двигателя sH. Этим положением часто пользуются, выбирая соответственно двигатели с повышен­ ным скольжением sa « 1 0 -5- 12%, sK « 1 5 ч- 20%. Большее уве-

554

лнченпе скольжения неприемлемо, так как приводит к снпжепшо производительности механизма.

Возможно и ещо одно техническое решение вопроса о повыше­ нии скольжения двигателя. При прохождении участков с резким повышением нагрузки желательно, чтобы маховик как можно более эффективно мог отдать запас кинетической энергии.па вал. В этот момент в роторную цепь двигателя вводят дополнительное сопро­ тивление, что приводит к росту скольжения. На участках с малой нагрузкой сопротивление выводится и двигатель работает с малым скольжеппем и высокой скоростью. При этом маховик запасает кинетическую энергию, соответствующую этой скорости. Процесс регулирования величины сопротивления роторной цепи выпол­ няется в промышленных установках регуляторами скольжения.

11-9. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ДВИГАТЕЛЯ ПО МОЩНОСТИ ДЛЯ РЕГУЛИРУЕМОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА

При выборе электродвигателя по мощности для регулируемого электропривода весьма ответственным является выявление целе­ сообразного способа регулирования скоростц, исходя из минималь­ ных габаритов двигателя. Указанная задача может быть рассмотрена

Для заданного графика нагрузки можно выбрать несколько способов регулирования, в частности можно остановиться на регу­ лировании скорости введением сопротивления в якорную цепь двигателя, если привод осуществляется двигателем независимого возбуждения.

Очевидно, что при этом способе регулирования скорости мощ­ ность двигателя определяется пз следующих соотношений:

М„= МС;

Од = (Омане-

555

Последнее выражение следует на того, что при рассматрива­ емом способе регулировании ведется вини от иомииильнои скорости. Соответственно мощность

Р и—Л/цШц— —Р с. макс*

Выбранный по указанным величинам двпгатель работает во всем диапазоне с постояппым магпптным потоком, а так как момент па палу постоянен и рапеи иомпнальпому, то тг ток нагрузки во всем диапазоне остается равным иомпнальпому, что обеспечивается соответственно включением дополнительного сопротивления в якор­ ную цепь при снижении скорости.

Такие же рассуждения можно было бы провести для электро­ привода, осуществляемого с помощью асинхронного двпгателя с фазным ротором, для двпгателя, работающего в системе генератор— двигатель и т. д., словом, для систем электропривода, для которых при регулировании скоростп Л/доп = const..

Возможен и другой варпапт системы электропривода для работы при задапном на рис. 11-21 графике нагрузки. Пусть регулирование скоростп осуществляется в этом случае изменением потока двига­ теля. Очевидно, что номинальная мощность прп этом также должна быть равна максимальной jP„ = Рмакс, а за номинальную скорость следует Припять шМШ1, так как регулирование можно вести вверх

прп разных способах регулирования видно, что прп регулировании потоком момент двпгателя в D раз превосходит номинальный мо­ мент при регулпроваинп скорости введенном сопротивления в якор­ ную цепь.

Обратим также внимание па то, что при регулировании скорости двигателя нзмепонпем потока ток в якорной цепи по условиям пагреваппя двигателя не должен быть больше номинального прп любой скорости. Прп этом двпгатель должен развивать поминальный момент во всем диапазоне регулирования. Исходя из равенства

М ц= кФ1 = const,

можно записать:

^'ФиЛамин = максим макс = const.

откуда

«D.

556

Таким образом, при регулировании потоком и постоянстве статического момента па валу двигателя с возрастанием скорости растет и ток якорной цени двигателя. Двигатель, выбранный с регу­ лированием потоком, но габаритам будет превосходить двигатель с регулированием сопротивлением в якорпой цепи, так как габарпты двигателя определяются его поминальным момептом и в первом

и для случая, когда мощность на валу двигателя Р с остается в про­

и регулирования потоком за номинальную скорость должна быть принята соНШ1, так как регулирование скорости ведется вверх от номинальной

= ш.\шн-

Номинальный момент соответственно равен:

Мц —Р с/Ммин-

Следовательно,

Ри —М ц£Оц —Р с-

любой скорости, чем достигается хорошее использование двига­ теля.

При регулировании скоростп двигателя изменением сопротив­ ления якорной цепи и постоян­ стве мощности на шалу выбор ношшальной скоростп определяется Text, что регулирование возможпо только вниз, следовательно,

557