1.11.3 Выбор двигателя из серии машин, предназначенных для повторно-кратковременного режима работы

Отдельные элементы двигателя продолжительного режима работы (якорь, коллектор, обмотка возбуждения) имеют различные постоянные времени нагрева. Поэтому работа в повторно-кратковременном режиме вызывает у этих двигателей неодинаковый нагрев отдельных элементов. Например, в двигателе постоянного тока обмотка возбуждения нагревается быстрее, а коллектор и якорь медленнее. Таким образом, в данном случае полное использование двигателя по нагреву обмотки возбуждения приводит к недогреву якоря, а максимальное использование по нагреву якоря приведет к перегреву обмотки возбуждения.

Для повторно-кратковременного режима работы выпускаются специальные краново-металлургические двигатели постоянного и переменного тока с более равномерным характером нагрева отдельных элементов. Кроме того, конструкция этих машин обеспечивает большую механическую прочность и минимальный момент инерции за счет уменьшения диаметра и увеличения активной длины якоря. Это улучшает динамические свойства машины, необходимые для подъемно-транспортных устройств и механизмов прокатных станов. Мощность краново-металлургических двигателей устанавливается заводом-изготовителем экспериментально и относится к определенной стандартной продолжительности включения (ПВ=15%, 25%, 40%, 60%). Таким образом, указанные в каталоге номинальные данные учитывают условия охлаждения двигателя при повторно-кратковременном режиме со стандартной продолжительностью включения. За номинальное значение продолжительности включения принята величина ПВ=25% (ε_Н=0,25). При ε_Н=0,25 двигатель, работая при τ_МАКС=τ_ДОП, развивает номинальную мощность повторно-кратковременного режима (Рε_н).

Если фактическое значениеε отличается от какого-либо каталожного значения ε_К (0,15; ε_Н=0,25; 0,4; 0,6), то и развиваемая двигателем мощность Рε в этом случае не будет равна значениям Рε_к, указанным в каталоге (Рε₁₅; Р_Н=Рε₂₅; Рε₄₀; Рε₆₀). Величина Рε для различных значений ε может быть определена по кривой Рε=f(ε), построенной на основании каталожных данных конкретной машины. На рисунке 1.28 показана (в относительных единицах) такая усредненная кривая для асинхронных двигателей серии МТ.

Соотношение между Рε и Рε_к, а также между соответствующими значениями токов и моментов, пропорциональных мощностям, можно выразить так:

; ;, (1.84)

где – пересчетный коэффициент, учитывающий величину постоянных потерь в электродвигателе и ухудшение условий охлаждения в неустановившихся процессах и в периоды пауз.

Значение определяется по формуле [2]:

. (1.85)

Упрощенную формулу для определения пересчетного коэффициента можно получить из условия равенства потерь за цикл при фактическом и каталожном режимах работы без учета ухудшения условий охлаждения (β=1). Уравнение равенства потерь в этом случае имеет вид:

. (1.86)

Решая (1.86) относительно , получим:

. (1.87)

Выражение (1.87) может быть получено также и из (1.85), если принять здесь β=1 и пренебречь малыми второго порядка (и).

Соотношения (1.84) и (1.87) показывают, что при увеличении ε развиваемая двигателем мощность Рε уменьшается. Если а=1 (двигатель серии МТ), ε_К=0,25 и ε=0,5, то по (1.87) и, следовательно,, то есть в этом случае двигатель нагревается до максимально допустимой температуры при холостом ходе за счет постоянных потерь. Но это не соответствует действительности, так как из экспериментальной кривой рисунке 1.28 видно, что приε=0,5 двигатель может развивать мощность . Таким образом, формулу (1.87) можно использовать лишь для приближенных расчетов при близких значенияхε и ε_К, так как она не учитывает ухудшения условий охлаждения двигателя при неустановившихся процессах и в периоды пауз.

Выражение для можно упростить, если пренебречь постоянными потерями (а=0) и принять β=1. В этом случае из (1.87) следует, что

. (1.88)

Эта упрощенная формула получила наибольшее распространение в практике расчета мощности электродвигателей. Она дает примерно то же значение коэффициента , что и формула (1.85) приа=0,7 и β=0,25 (см. табл. 1.7 и значения β в разделе 1.9.1). Кроме того, при величина коэффициента, определяемого по (1.88), несколько меньше, чем вычисленная по полной формуле (1.85), что обеспечивает расчет электродвигателя с небольшим запасом мощности.

Таким образом, выбор и поверочный расчет мощности двигателя для рассматриваемой задачи необходимо вести в следующей последовательности:

1-5 – выполняются расчеты, аналогичные рассмотренным ранее в разделе 1.11.2.

6. По кривым Рε=f(ε), Мε=f(ε) или Iε=f(ε), построенным по каталожным данным серийных машин, из которых предварительно выбран двигатель, определяется значение Iε, Мε или Рε, соответствующее фактическому значению ε, рассчитанному для реальной нагрузочной диаграммы.

7. Если нет кривых Рε=f(ε), Мε=f(ε), Iε=f(ε), то формулами (1.85), (1.87) или (1.88) определяется пересчетный коэффициент для ближайшего значенияε_К по отношению к фактической величине ε.

8. По соотношению (1.84) определяются значения Iε, Мε или Рε, при этом Iε_к, Мε_к или Рε_к принимаются соответствующие принятому в п.7 значению ε_К.

9. Выполняется проверка предварительно выбранного двигателя по нагреву. Двигатель работает без перегрева, если выполняется условие:

; ;. (1.89)

10. В заключение выполняется проверка двигателя на перегрузку по току и моменту (см. раздел 1.1).

При расчете коэффициента по формуле (1.87) для учета условий охлаждения двигателя в неустановившихся режимах и в периоды пауз можно воспользоваться скорректированным значением относительной продолжительности включения () по (1.77). Если для расчетапо (1.87) используется фактическое значениеε, то учет ухудшения условий охлаждения надо сделать введением поправочного коэффициента при определении по (1.71) или соответствующих значенийМ_П.К. и Р_П.К..