Библиотека / Красовский основы электропривода
.pdf392 Глава 7. Энергетика электропривода и выбор двигателя
симость M(t). Для этого, используя кривую M(t), по аналогии с
(7.26) рассчитывают эквивалентный момент
z:;м/tpi
z:;tpi
исравнивают его с номинальным моментом двигателя Мн.
Вчастных случаях, когда нагрузочная диаграмма двигателя
представлена в виде зависимости его мощности от времени P(t),
проверять двигатель по нагреву непосредственно по ней можно
лишь тогда, когда в дополнение к перечисленным выше условиям
еще и скорость двигателя остается неизменной в пределах всего
времени цикла. Тогда мощность двигателя оказывается пропор
циональной току в его силовой цепи и проверку по нагреву про
водят, сравнивая эквивалентную мощность, рассчитанную по
кривой P(t):
z:~~2tpi
z:;tц
с номинальной мощностью Рн двигателя
7.4.5. Уточнение метода эквивалентного тока
применительно к асинхронным двигателям
при частотном регулировании
Если при частотном регулировании асинхронного двигателя
принять предельно допустимое значение переменных потерь рав
ным их номинальному значению (как в подразд. 7.4.4), то измене ние магнитных потерь будет приводить к изменению теплового
состояния двигателя. При их снижении двигатель окажется недо использованном в тепловом отношении. Поэтому предельно допу
стимое значение переменных потерь должно быть скорректирова
но из условия достижения двигателем предельно допустимого зна
чения температуры перегрева.
7.4. Выбор двигателей по мощности |
393 |
Определим постоянные потери К в виде суммы их основных
составляющих - магнитных ЛРм и механических ЛРмех потерь:
где ЛРм = ЛРм1 + ЛРм2 - суммарные потери мощности в магнито
проводах статора и ротора. Как правило, из-за низкой частоты пе ремагничивания магнитные потери в магнитопроводе ротора ЛРм2
значительно меньше потерь в статоре ЛРм1 , поэтому составляю
щую ЛРм2 в первом приближении можно не учитывать.
Исходя из этого, для текущих значений частотыfi, потока Ф и
скорости со, можно записать*
К= ЛРм1 |
+ ЛРмех =ЛРмlн( ф |
2( f, Jl,3 |
+ ЛРмех.н |
СО |
|
|
_ l |
(7.28) |
|||
|
фн J |
|
|
||
|
fiн |
|
сон |
||
где ЛРмlн - магнитные потери в статоре АД в номинальном ре
жиме, т. е. при номинальном потоке Фн и номинальной частоте
fiн; ЛРмех.н - механические потери в двигателе при номинальной
скорости со0 •
Если учесть, что при частотном регулировании обычно стре
мятся поддерживать Ф = Фн = const , а также пренебречь измене-
нием ЛРмех с изменением скорости, выражение (7.28) можно запи
сать в виде
f, |
Jl,3 |
+ ЛРмех.н· |
|
К= ЛРм.н( /: |
|
(7.29) |
|
|
|
|
|
Определив полные потери, выделяемые в двигателе, для теку |
|||
щего момента времени t как |
l,3 |
|
|
Ji(t) |
|
|
|
|
2 |
|
|
ЛР=К+V = ЛРмlн(--у: |
J |
+ ЛРмех.н + [l(t)] R, |
|
|
|
|
|
* Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учеб. для вузов:
в 2 т. -М.: ИздательскийдомМЭИ, 2004. Т. 1. - 652с. -Т. 2. - 532 с.
396 Глава 7. Энергетика электропривода и выбор двигателя
моментом, а точнее, с неизменными потерями мощности при той
же длительности рабочего интервала tp = t1 + t2 + t3 • Исходя из
определения кратковременного режима, тепловые процессы в дви
гателе можно рассматривать, анализируя одиночный цикл нагру
жения.
Особенности проверки двигателей, специально предназна
ченных для кратковременного режима. Эти двигатели имеют повышенную перегрузочную способность. Они выпускаются с нормированной длительностью работы tp, соответствующей стан
дартным значениям 10, 30, 60 и 90 мин. Это означает, что двига тель, например, с номинальной мощностью 1О кВт при tp = 30 мин
может развивать такую мощность только в течение времени не бо лее 30 мин, а затем он должен быть отключен, иначе его темпера тура станет выше допустимой, что может нарушить работоспособ
ность двигателя.
В этой связи возникает вопрос о допустимой нагрузке на дви
гатель, когда длительность его работы отличается от значений из стандартного ряда tp. ст• В этом случае эквивалентный момент Мэкв
или ток 1экв приводят к ближайшему стандартному времени tp. ст,
используя приближенные соотношения*
L~M/tpi. |
(7.35) |
мэкв.ст = |
|
tр.ст |
|
/экв.ст= L~I;tpi |
(7.36) |
tр.ст |
|
Полученные на основании (7.35) или (7.36) эквивалентные зна чения момента Мэкв.ст или тока 1экв.ст сравнивают с номинальны
ми значениями момента или тока двигателя при той же стандарт
ной длительности рабочего интервала tp. ст· Далее двигатель прове ряют по перегрузочной способности
*Фираго Б.И, Павлячек ЛБ. Теория электропривода. - Минск: ЗАО «Техноперспектива», 2004.
7.4. Выбор двигателей по мощности |
397 |
Мmax ::;; л,Мэкв.ст
и условию пуска
где Мmax - максимальное значение момента двигателя из его
мпуск
нагрузочной диаграммы; А.пуск =--- -- кратность пускового
мн
момента; Мпуск, Мс.пуск - пусковой момент и момент нагрузки на
t
валу двигателя при пуске соответственно. При __r_ < О,1 двигатель
т
выбирают только из условия обеспечения перегрузочной способ ности и условий пуска.
7.4.7. Проверка двигателей по нагреву
в повторно-кратковременном режиме работы
(режимы SЗ, S4, SS)
При проверке двигателей в этом режиме оценивается не мгно
венная, а средняя температура его перегрева в квазиустановившемся
процессе нагружения, поэтому, чтобы она адекватно отражала теп
ловое состояние двигателя, время цикла в этом режиме tц ограни-
чивают 1О мин. При таком условии колебания мгновенной темпера туры перегрева относительно средней будут незначительными. Если
же длительность цикла tц > 1О мин, то режим считают длительным
с переменной нагрузкой. Аналогично при ПВ > 70 % можно выби
рать двигатель как для длительного режима с переменной нагруз
кой, а при ПВ < 15 % - как для кратковременного режима.
В повторно-кратковременном режиме по аналогии с кратко
временным режимом можно использовать двигатели как изна чально предназначенные для продолжительного режима, так и специально изготавливаемые для повторно-кратковременного
режима работы. На рис. 7.4, в показан идеальный график повтор
но-кратковременного режима. В реальных условиях в пределах
рабочего интервала времени момент двигателя может изменяться.
Тогда, как и при кратковременном режиме, его приводят к стан-
7.4. Выбор двигателей по мощности |
399 |
откуда
I,.,, = (а+!):'-а
Если пренебречь постоянными потерями, соотношение упро
щается:
(7.37)
Очевидно, что для моментов можно также записать аналогич
ное соотношение
(7.38)
Тот же результат можно получить, непосредственно приравняв
средние за цикл переменные потери при реальном Е и стандарт
ном Ее значениях относительной продолжительности включения
двигателя:
откуда после преобразований приходим к (7.37) или (7.38). Рассчитанные таким образом эквивалентные значения тока
]экв.с или момента Мэкв.с сравнивают с номинальными значения-
ми тока 1н или момента Мн при том же значении Ее. Двигатель
удовлетворяет требованиям нагрева, если выполняются условия
]экв.с~ Iн, Мэкв.с ~ Мн. Необходимо заметить, что если при при-
ведении реального графика нагрузки к стандартному Е < Ее , то
происходит снижение перегрузочной способности двигателя. В этих случаях предварительно выбранный двигатель необходимо обязательно проверять по перегрузочной способности.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные энергетические показатели работы элекrро
привода. Поясюперазющу между мпювеm1ым КПД и цикловым КПД.
2. Может ли работа электропривода переменного тока характеризо ваться высоким КПД и низким cos ер и наоборот?
400 Глава 7. Энергетика электропривода и выбор двигателя
3. От чего зависят потери энергии в электроприводе в переходных
режимах его работы? Обоснуйте возможные меры для их снижения.
4. Попытайтесь сформулировать основные мероприятия по повыше нию энергоэффективности электропривода на стадии его проектирования
иэксплуатации.
5.Поясните, в чем разница между нагрузочными диаграммами меха
низма и двигателя и почему при работе электропривода с переменной
скоростью для оценки перегрузочной способности двигателя и его нагре
ва целесообразно использовать нагрузочную диаграмму двигателя.
6.В электроприводе с резко переменным характером нагрузки часто
используют маховики. Дайте оценку такому решению.
7.В чем суть одноступенчатой теории нагрева двигателей?
8.Как зависит постоянная времени нагрева двигателя от способа его охлаждения?
9.Какие режимы работы двигателей с точки зрения нагрева Вам из
вестны, в чем их отличие?
1О. Изложите последовательность проверки двигателя по нагреву ме
тодами средних потерь и эквивалентных величин, какие допущения при
их использовании принимаются и почему?
11 . В чем особенности проверки теплового состояния асинхронных
двигателей при частотном регулировании?