Elektrotehnika_i_elektronika_2008

331 Глава 2. Электромагнитные устройства .ц электрические машины

где ХНАч ; начальное превышение температуры, c которым двига-

тель начинает работать. - .

На рис. 2.152 приведены кривые нагрева двигателя для разных тНАч и.ЛР, причем кривые 1 и 2 соответствуют одному и тому же зна-

чению ЛР1 , a кривая 3 — меньшёму значению АР 2. . .

Практически процесс нагрева машины можно считать установив-

шимся при прошествии времени

густ (3-4) Тн • . (б)

Процесс снижения температуры перегрева двигателя при его ох-

лаждении происходит также по закспоненте

( 7 )

где' ti нАц — превышение температуры в начале охлаждения; То = С/А — постоянная времени охлаждения.

Снижение температурыперегреваег двигателя (рис. 2.153) показано кривой 1 при уменьшении нагрузки и кривыии 2 и 3 при отклю- чении двигателя от сети при различных. tiнАч.

2.6.3. Номинaльные режимы .работы

электродвигателей

При рассмотрении законов нагревания и охлаждения электро-

двигателей предполагалось, что нагрузка двигателя продолжитель-

ное время остается неизменной, поэтому неизменной является установившаяся температура . перегрева tiуоТ. B действительности

нагрузка двигателя при его работе может меняться различным об- разом по значению в зависимости от технологических требований. Кроме того, двигатель может периодически отключаться на неко^ торое время.

Для учета разнообразных условий работы электродвигателя и правильного определения его мощности рассчитывают и строят на-

. грузочные диаграммы, которые представляют собой зависимость мощности двигателя, его тока или вращающего момента от времени. По виду нагрузочной диаграммы определяют режим работы двигателя. Режимы стандартизованы. Различают три основных номи-

нальных режима: продолжительный (S1), кратковременный (S2) и

повторно-кратковременный (53). Для каждого из этих режимов условия нагрева и охлаждения различны. .

Продолжительным называют режим, в котором температура перегрева двигателя достигает установившегося значения. Различают продолжительный режим c постоянной. и c переменной нагрузкой. Графики изменения мощности на валу Р2, момента M, потерь мощности лР и перегрева х для продолжительного режима c. постоянной нагрузкой приведены на рис. 2.154. На рис. 2.155 приведены нагрузочные диаграммы двигателя, . работающего с продолжительной

переменной нагрузкой.

Признаком режима S1 является выполнение условия tP > Т, где tP — время работы (включения) двигателя.

Рис. 2.154. Графики, характеризуюРис. 2.155. Графики, характеризую

Продолжительность цикла режима S3 не должна превышать 10 мин. Для повторно-кратковременного режима выпускаются специальные серии двигателeй c указанием стандаpтизованных значений ПВ % -- 15, 25, 40 и 60 %.

2.6.4. нагрузка электродвигателя

Для .правильного 'выбора электродвигателя необходимо знать кинематику электропривода и эксплуатационные условия рабочей машины. Работа системы «электропривод рабочая машина» связана с действием различных сил и моментов. B механическом движении участвуют подвижная часть электродвигателя (ротор или якорь), элементы механического передаточного .устройства и исполнительный орган рабочей машины. Совокупность этих элементов называют кинематической схемой или механической частью электропривода. Элементы механической части связаны между собой и оказывают' тем самым друг на друга соответствующее воздействие. Поэтому, анализируя механическое движение того или иного элементa, необходимо учитывать влияние на него других элементов кинематической схемы. Это достигается соответствующим пересчетом входящих в уравнение движения электропривода сил, моментов, масс и моментов инерции к элементу, движение которого рассматривается. 'такой расчет в теории электропривода получил название операции приведения; a сами пересчитанные переменные или параметры — приведенными. Обычно в качестве элемента, движение которого подлежит' рассмотрению, в электроприводе принимают двигатель:

Поскольку источником механического движения в рассматриваемой системе является электродвигатель, то развиваемый момент на его валу М и является моментом, приводящим всю систему в дви жение. Если двигатель; приводящий .в движение'какой-либо испол-- нительный орган рабочей машины, вращается c' постоянной скоростью со, то вращающий момент двигателя МДВ преодолевает моменты сопротивления статической Ме и динамической МД нагрузки: Эти все моменты, как было отмечено выше, должны приводиться к вращающемуся валу двигателя.. Статический момент сопротивления на валу двигателя Ме обусловливается сопротивлениями сил трения, веса и нагрузкой исполнительного органа рабочей машины и т. п. Динамический момент М'1 возникает в системе вследствие изменения скорости движения тех или иных инерционных масс. B соответствии c этим основным. уравнением, описывающим движение

электропривода, является уравнение моментов, действующих на валу двигателя:

335 Глава 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

N

где J = тkRk2 — приведенный момент инерции вращающихся

ка!

частей; тк — масса отдельной k=й части системы; Rk — расстояние соответствующей k-й части системы .от оси вращения вала двигате-

' Нормальная безаварийная работа двигателя возможна только тогда, когда ero дeйcтвитeльный режим не превышает условий но режима, для работы в котором электродвигатель пocт-минaтiьнoro poeн на заводе. Номинальный режим характеризуется определенны-

ми мощностью, напряжением, током, частотой вращения и рядом

других параметров. Эти величины называются номинальными и указываются в специальных кaтaлorax -или паспорте элeктpoдвиraтeля. Номинальный момент двигателя обычно в паспорте не указы -

вают. Его. вычисляют по нoмйнaльнoй мощности Pнoм и нoминaль-

нoй частоте вращения пнoм Двиraтeля по следующей формуле:

2.б.5. Выбор мощности электродвигателя

Правильный выбор типа двигателя. для электропривода и особенно его номинальной мощности является важной народнохозяйствен-.

ной задачей, поскольку существенно определяет первоначальные капитальные затраты и стоимость эксплyатации электропривода. Обычно .мощность двигателя выбирается в зависимости от характе-

ра нагрузки так, чтобы в процессе работы он не перегревался сверх допустимой температуры и допускал 'кратковременную перегpузку.

Выбор мощности двигателя для привода с продолжительным режи -

При работе с постоянной нагрузкой мощность двига момработы. теля подбираетгя по мощности рабочей машины. Необходимо лишь проверить, достаточен ли пусковой момент двигателя для пусковых условий данной машины.

337 Глава 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

Выбор мощности двигателя для кратковременного режима работы.

B этом режиме двигатель работает под нагрузкой мощностью P в

течение времени tp, a затем отключается на время паузы t0, охлаж-

дается и температура его успевает. достигнуть температуры окружа-

ющей среды. Если выбрать двигатель с номинальной мощностью Рдв ном = Р, то за время работы 4 он не успеет нагреться до допус

тимой температуры, т. e. двигатель будет не загружен по нагреву или недоиспользован (кривая 2, рис. 2.158). Поэтому следует выбрать двигатель номинальной мощностью, меньшей, чем Р (РдВ ном < Р) так,. чтобы температура его перегрева через время 4 достигла допустимого значёния (кривая 1, рис: 2.158). Выбрав таким образом дви

гатель, необходимо проверить его на тепловую перегрузку. Коэффи тепловой перегрузки с ЛРк / АРно , где ЛРК --- потери-циент мощности при кратковременной„нагрузке и ЛРном - потеРи мощ-

ности при длительной нагрузке.

х, Р 4

^.

Рис. 2.158. Графики, поясняющие выбор двигателя для кратковременного режима работы

Выбор мощности двигателя для повторно-кратковременного режима работы. Этот режим работы характеризуется значением относительной продолжительности включенного состояния двигателя П В ' %. Если окажется, чтоПВ % > б0 %, тогда двигатель выбирается как для режима S1, если ПВ % < .10 % — как для кратковременного режима работы. Если же ПВ % оказывается вне указанных границ, то рассчитывают эквивалентную мощность двигателя РэК по (17), затем определяют по нагрузочнойгдиаграмме значение реальной относительной продолжительности включенного состояния П ВР %. Затем найденную эквивалентную мощность Р3 пересчиты-

вают для ближайшего стандартного значения ПВ % по упрощенной формуле, беря знамения относительной продолжительности вклю-

ченного состояния в относительных единицах:

339 ' Глава 2. Электромагнитные ycтройства и электрические машины

параллельного .возбуждения. Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения . благодаря своей мягкой механической ха-

рактёристике. и большому пусковому, моменту находят применение там, где необходимо плавное регулй:рованпе скорости в широком диапазоне и где требуется приведение в работу механизмов и машин

c большим моментом сопротивления.

B тех же случаях; когда не требуется регулировать скорость_ или . частоту вращения, a также поддерживать ее постоянной, рекомен-

дуется применять короткозамкнутые асинхронные двигатели. они

просты по устройству и эксплуатации, надежны и дешевы.

При выборе типа двигателя необходимо также учитывать усло - вия окружающей среды, в которых ему придется работать. В соот- ветствии c условиями среды может быть выбран двигатель защищен; ного, закрытого или взрывозащищенного исполнения.

`2.б.7. Взаимосвязанный электропривод

Для приведения в движение исполнитeльных органов ряда рабочих машин используется не один, a два и более электродвигателей.. Такие электроприводы позволяют получить некоторые специфические механические характеристики ; сi#изить суммарный момент инерции системы по сравнению c однодвигательны м 'приводом, обеспечить возможность создания мощнмх электроприводов на базе

серийных двигателей относительно небольшой мощности, повысить

надежность работы электроприводов за счет резервиров^анйя.

Два или несколько электричeски или механически связанных

между собой электроприводов, при работе которых поддерживается заданное соотношение их скоростей, нагрузок или положение их подвижных частей, называются взаимосвязанным электроприводом.

В качестве примеров взаимосвязанного электропривода можно назвать приводы . поворотной платформы мощных экскаваторов, крупных портальных кранов. .

Много двигательный взаимосвязанный электропривод имеет место,. когда два или несколько приводов работают на общий вал, т. e. механически .связаны между собой: При ,механическом соединений валов двигателей скорость их должна быть одинаковой, a вращаю-

ц^ий момент электропривода представляет собой алгебраическую

сумму моментов отдельных двигателeй. В этом случае при совмест-.

ной работе двигателей c идентичными характеристиками нагрузка

между ними распределяется равномерно. Если же механические ха-

рактеристики двигателей различаются друг от друга, то двигатель,

имеющий более жесткую характеристику ' нагружается в большей степени. Это же замечание относится и к двигателям, имеющим

разные скорости холостого хода, — двигатели c большей скоростью холостого хода нагружаются в большей степени.

Многодвигательный электропривод нашел широкое применение в подъемно-транспортных машинах и механизмах, где часто бывает необходимо осуществлять их перевод на: пониженную скорость перед остановкой. Например, при использовании двух асинхронных двигателей c фазным ротором (рис. 2.164) для получения понижен . ной скорости электропривода двигатель 1 остается .работать в дви - гательном режиме, а двигатель 2 переводится . реверсированием в режим торможения противовключением.

Рис. 2.160. Схема двухдвигательного электропривода c фазными асинхронными двигателями

Взаимосвязанный электропривод c электрическим валом. Иногда механическое соединение валов двигателей оказывается невозможным из-за их значительного удаления друг от друга. в этом случае вместо громоздкой механической передачи используется так называемая система. электрического вала, в которой согласованное дви-

жениё двигателей обеспечивается соответствующей электрической

схемой их соединения. Помимо упрощения кинематической схемы рабочей машины, применение электрического вала позволяет облегчить автоматизацию технологических процессов, повысить точность работы исполнительного органа. . ,

Электрический вал находит применение, например, для мощных мостовых кранов, транспортеров и т.. п.

Современные системы электрического вала делятся на две груп-

пы: co вспомогательными уравнительными. машинами и с основными рабочими машинами. •

Для примера рассмотрим систему электрического вала c фазными асинхронными уравнительными машинами (рис. 2.16L). Уравни-

тельные машины 3 и 4, находящиеся на валах 1 и б основных рабочих двигателей 2 и S, представляют собой идентичные фазные асинхронные двигатели с одинаковым напряжением, числом фаз и магнитных полюсов, обмотки статоров которых подключены к об-