6.10 Проверка допустимой нагрузки двигателя по методам эквивалентного момента и эквивалентной мощности

Метод эквивалентного момента основан на том, что в двигателях, работающих при Ф=const момент пропорционален току. Так, в случае двигателей постоянного тока с независимым возбуждением .

С некоторыми допущениями он может быть использован и для проверки мощности предварительно выбранного АД, когда он должен работать при нагрузках, близких к номинальной. Момент АД .

При тех реальных нагрузках, при которых обычно работает АД, cos₂ изменяется не столь значительно, и с некоторой погрешностью его можно считать постоянным. Т.к. при U₁=const и f₁=const поток АД постоянен, можно ститать, что и MI₂.

Умножая обе части выражения для I_э на некоторый коэффициент пропорциональности, получим

.

Условие правильности предварительно выбранного двигателя: М_эМ_н.

В случае, когда Фconst (например, при ослаблении его у ДНВ), этим методом непосредственно пользоваться нельзя, но если внести поправки в нагрузочную диаграмму электропривода, то ординаты графика момента можно сделать пропорциональными току и методом эквивалентного момента можно будет пользоваться.

Внесение поправок рассмотрим на примере трехпериодного графика (рис. 6.10.1). В установившемся режиме двигатель должен работать с ослабленным потоком Ф_осл со скоростью _макс_осн. На участках диаграммы, где двигатель работает с Ф=Ф_н, ординаты графика момента пропорциональны току (до точки А). При _осн эти ординаты не пропорциональны току (от точки А до точки В).

Если при Ф=Ф_н двигатель, развивая момент М, потребляет из сети ток I_я, то при ослабленном потоке Ф_осл, развивая тот же момент, он будет потреблять больший ток I_я. Таким образом на участках работы с Ф_осл график момента не отражает картины нагрева двигателя.

Исходя из равенства моментов, при работе Ф_н и Ф_осл, можно определить величину поправки, которую нужно ввести в график момента, чтобы его ординаты были пропорциональны току

Отношение потоков можно заменить отношением скоростей. Пренебрегая падением напряжения в цепи якоря, можно считать . Следовательно,и

Умножив ординаты графика момента на участке работы двигателя с ослабленным потоком (от точки А до точки В) на отношение , где - фактическая скорость при ослабленном потоке, получим новый график, ординаты которого пропорциональны току. Следовательно, имея новый график зависимости M=f(t) для проверки мощности предварительно выбранного двигателя можно использовать метод М_э.

В электроприводах, работающих с постоянной или мало меняющейся скоростью, мощность Р=М· будет пропорциональна моменту. В этом случае для проверки правильности выбора мощности двигателя можно находить значение эквивалентной мощности Р_э, пользуясь зависимостью P=f(t), полученной расчетным или экспериментальным путем. При этом должно соблюдаться условие:

.

Область применения этого метода ограничивается случаями работы ДНВ, АД и СД при =const.

6.11 Выбор мощности двигателя для работы с длительной неизменной нагрузкой

К механизмам, работающим длительно с практически неизменной нагрузкой, относятся многие вентиляторы, компрессоры, центробежные насосы, дымососы, транспортеры и т.п. Поскольку эти механизмы пускаются редко, влияние пускового режима на процесс нагрева двигателя ничтожно. Лишь в некоторых случаях приходится проверять достаточность развиваемого двигателем пускового момента, имея в виду, что некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление трения и момент трогания.

В таком режиме температура перегрева двигателя достигает установившегося значения _уст и двигатель, выбранный правильно, может работать сколь угодно долго без перегрева сверх допустимого предела, при условии правильности эксплуатации и температуре окружающей среды не превышающей 40°С.

Выбор двигателя при этом режиме сводится к тому, что если известна мощность статической нагрузки Р_c, то нет необходимости проверять двигатель по нагреву или перегрузке во время работы. Достаточно выбрать двигатель с номинальной мощностью . При этом можно быть уверенным, что она является наибольшей допустимой, т.к. завод-изготовитель произвел уже все расчеты и испытания, исходя из максимального использования материалов при номинальной мощности двигателя.

В тех случаях, когда нагрузка (Р_c механизма) заранее неизвестна, она определяется по формулам с использованием коэффициентов, полученных из многочисленных опытов, а в некоторых случаях, например, для малоизученных или новых механизмов, ее приходится определять, прибегая к снятию нагрузочных диаграмм самопишущими приборами на имеющихся в эксплуатации аналогичных установках.

Так, расчетная мощность для насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров (транспортеров), тележек может быть вычислена по следующим формулам:

, где

V – производительность м³/с;

Н – для насосов – высота напора, равная высоте всасывания и нагнетания, м; для вентиляторов и компрессоров – давление газа кгс/м² и кгс/см²;

_н, _в, _к, _пер - КПД насоса, вентилятора, компрессора, передачи (редуктора);

А_и, А_а – соответственно удельная работа изотермического и адиабатического сжатия (дается в справочниках)

F – тяговое усилие, кгс;

G – вес тележки с грузом, т;

V - скорость, м/с;

K_T – коэффициент, равный 4–6 для подшипников качения и 68 для подшипников скольжения;

7,5 – удельное тяговое усилие, кгс/тс.

Мощность выбираемого двигателя должна содержать запас по сравнению с расчетными величинами не менее (510)% с увеличением до (3040)% для двигателей мощностью до 5кВт и (70100)% до 1кВт.

В тех случаях, когда температура окружающей среды ниже 40°С, двигатель может быть загружен выше своей номинальной мощности, а если выше 40°С – его следует недогружать.

Двигатель правильно выбранной мощности при номинальной нагрузке и t°_о.ср=40°С в двигательном режиме должен быть нагрет до _доп

, где .

Если t_ок.ср отличается от 40°С на ∆, то для сохранения той же предельно допустимой температуры перегрева _доп, допустимое ее превышение должно быть уменьшено или увеличено на ∆. Для этого ток двигателя должен иметь значение и переменные потери будут. Выражение для установившейся температуры_уст при этом будет таким:

, где

∆ будет со знаком ''+'' при t°_о.ср >40°С и со знаком ''-'' при t°_о.ср <40°С.

Разделив это выражение на первое, получим , откуда допустимая степень загрузки двигателя приt°_о.ср 40°С

, т.е. Р_доп=Р_н·х.

При х=0, т.е. двигатель не может нести никакой нагрузки, а может работать лишь вхолостую.