6.5 Нагревание двигателей при повторно-кратковременном режиме работы

Процесс установления температуры в этом режиме при идеализированной нагрузочной диаграмме можно представить в виде рис. 6.5.1. Температура обмоток двигателя изменяется по экспоненциальным кривым и достигает установившихся колебаний с небольшой амплитудой. При правильном выборе двигателя, наибольшая температура не достигнет _уст, а будет стремиться к величине _уст=_доп.

Если в этом режиме использовать двигатель длительного режима, то за счет охлаждения во время пауз он может работать в повторно-кратковременном режиме с коэффициентом термической перегрузки

, где

_уст - наибольшая температура, которая имела бы место при длительной работе с потерями ∆Р_пк повторно-кратковременного режима.

Величина  может быть найдена на том основании, что для цикла работы, достаточно удаленного от начала, температура перегрева колеблется от ₀ до _уст. При этом для периода работы, t_р можно написать

.

Температура перегрева в конце паузы понизится до , если считать, что двигатель имеет независимую вентиляцию, т.е. Т₀=Т_Н. Подставив значение ₀ и разделив обе части равенства на _у, получим

.

Отсюда .

Но поскольку во время паузы Т₀Т_Н (если охлаждение двигателя естественное), то

, отсюда

, где

- приведенный коэффициент продолжительности включения.

На основании выражения для  на рис. 5.6.2 построены кривые зависимости  от  и ε при различных значениях . Точки, лежащие на оси ординат, где=0 и =0, соответствуют кратковременному режиму работы. Все кривые сходятся в точке с координатами =1, =1. Она отвечает длительному режиму работы. Из графика видно, что при 0,6 допустимая тепловая перегрузка незначительна, а коэффициент механической перегрузки будет еще меньше. Поэтому при0,6 практически можно выбирать для повторного кратковременного режима двигатель режима S1.

Для повторно-кратковременного режима выпускается специальная серия машин – крановые и краново-металлургические двигатели (постоянного тока серии Д и переменного тока с к.з. ротором серии MTKF, MTKH, 4АС, с фазным ротором серии МТF, MTH, 4MT).

Двигатели, предназначенные для повторно-кратковременного режима конструктивно отличаются от двигателей длительного режима тем, что при одинаковой мощности с последними они имеют меньший момент инерции, что достигается уменьшением диаметра якоря (ротора) при увеличенной длине. Это позволяет уменьшить потери энергии в переходных режимах (уменьшается запас энергии во вращающихся элементах), увеличивается быстродействие, т.к. сокращается время пуска и торможения.

В справочниках и каталогах указывается, какую мощность они могут развивать при каждой стандартной ПВ. Для двигателей постоянного тока серии Д и краново-металлургических двигателей переменного тока основной (номинальной) ПВ% является ПВ 40%. Все величины, характеризующие двигатель при основной ПВ% являются номинальными (мощность, ток, момент, скорость), а эти же величины при других ПВ% являются допустимыми по условиям нагрева.

6.6 Предварительный выбор двигателей по мощности

Для правильного выбора двигателя необходимо иметь его нагрузочную диаграмму. Но в начальной стадии проектирования электропривода проектировщику известна лишь нагрузочная диаграмма рабочей машины и ее тахограмма. Для расчета и построения нагрузочной диаграммы двигателя необходимо сделать расчет его переходных процессов, что требует знания суммарного приведенного момента инерции всей системы привод – рабочая машина.

Момент инерции системы в основном определяется моментом инерции самого двигателя. Поэтому, пока двигатель не известен, нельзя приступить к расчету переходных процессов, следовательно, нельзя построить и нагрузочную диаграмму электропривода. В связи с этим приходится выбирать двигатель, предварительно исходя из нагрузочной диаграммы рабочей машины.

Двигателю в процессе работы приходится преодолевать в переходных режимах не только статическую, но и динамическую нагрузку, т.к. статическая нагрузка при работе рабочей машины не остается постоянной. Поэтому среднеквадратичное значение момента двигателя получается больше, чем среднее значение статического момента сопротивления, и при предварительном выборе его номинальный момент принимается большим, чем среднее значение М_с. Обычно рекомендуется принимать , где

, где длительность цикла.

Могут быть использованы и такие формулы для ориентированного определения М_Н двигателя.

или , где М_с.кв – среднеквадратичное значение статического момента сопротивления, определяемое по нагрузочной диаграмме рабочей машины.

По найденному ориентированному значению М_Н и основной скорости, которая должна быть задана, определяется требуемая номинальная мощность двигателя по каталогу выбирается двигатель и рассчитывается момент инерции системы

.

Далее проводится расчет переходных процессов и строится нагрузочная диаграмма электропривода M=f(t) или I=f(t).

Затем делается проверка выбранного двигателя по перегрузочной способности

, где

М_с.макс - приведенный максимальный статический момент сопротивления;

_М – каталожная перегрузочная способность двигателя.

После всего этого делается проверка двигателя по нагреву (определяется М_доп или Р_доп).