9.10. Определение допустимой частоты включений короткозамкнутых асинхронных двигателей

Прималых продолжительностях цикла повторно-кратко­временных режимов возрастает доля пусковых и тормозных потерь в общем балансе потерь энергии за цикл и лимитирующими режим в тепловом отношении становятся длительность цикла или число включений двигателя в час. Учет этих огра­ничений особенно важен в приводах с большой частотой вклю­чений короткозамкнутых асинхронных двигателей.

В приводах некоторых механизмов возникает необходимость по условиям технологического процесса в частоте включения двигателя 600—800 в 1 ч. Более того, в таких режимах падает эффективность охлаждения самовентилируемых двигателей, что требует учета при проверке по допустимой частоте вклю­чений.

Определение допустимого числа включений двигателя в час проведем, сравнив при этом энергию потерь за цикл с энергией, отводимой в охлаждающую среду, при этом предположим, что в соответствии с (9.76) гарантируются малые отклонения темпе­ратуры двигателя от среднего уровня.

Потери энергии в двигателе за цикл состоят из потерь энергии при пуске ΔA_Пи торможении ΔA_Tтакже потерь за время установившегося режима ΔРt_у. Пусть при номинальной ско­рости мощность, отводимая в окружающую среду, есть ΔΡнοм. Тогда в период паузы из-за ухудшения теплоотдачи самовен-тилируемого двигателя мощность теплоотвода будет βο·ΔΡнοм, а в период пуска и торможения (1+βο/2)Δpном. Представим баланс энергий за цикл в виде

(9.121)

где t_п, t_Т —время пуска и торможения;t_y —время установив­шейся работы;t₀ -время паузы.

Представим параметры цикла следующим образом:

где h —число включений в час.

Подставляя в (9.121) значения t_yиt₀и решая его относи­тельноhполучаем

(9.122)

Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором третьим членом знаменателя можно пренебречь по сравнению с А_П+A_Tтак как он не превышает 2 -4 % этой суммы, поэтому

(9.123)

Если в установившемся режиме двигатель работает с номи­нальной нагрузкой (Р = Р_ном), формулу (9.123) можно упро­стить, и она примет вид

(9.124)

Из (9.123) видно, что число включений в час зависит от статической нагрузки, определяющей мощность потерь Р, относительной продолжительности включения , коэффициента ухудшения теплоотдачи ₀ и от потерь энергии в переходных режимах.

С уменьшением Р возрастает h, достигая наибольшего зна­чения при холостом ходе. На допустимое число включений в час существенно влияют потери энергии в переходных режимах, так как они пропорциональны моменту инерции привода, поэтому с ростом J_ уменьшается допустимое число включений.

Из (9.123) следует также, что при (Р_ном - Р) > ₀Р_ном допустимая частота включений не зависит от е. Когда (Р_ном-Р) > ₀Р_ном с ростом 8 можно допустить большее число включений. Наконец, если (Р_ном-Р) > ₀Р_ном ,то с ростом  уменьшается h. Для номинальной нагрузки в уста­новившемся режиме с ростом А_П А_Т допустимая частота включений уменьшается.

Увеличение допустимой частоты включений достигается не­зависимой вентиляцией двигателя, действующей одинаково ин­тенсивно в течение всего цикла работы электропривода. Существенного увеличения hможно добиться путем уменьше­ния потерь энергии в переходных процессах. В этом отноше­нии, как указывалось, частотное управление асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором по сравнению с дру­гими способами управления обеспечивает минимальные потери в переходных процессах. Исследования показали, что прак­тически потери энергии за время переходного процесса дости­гают минимума при токах, приблизительно в 1,5—2 раза больших номинального, и оптимальном абсолютном скольже­нии. В большинстве случаев именно эти значения токов ста­тора и обусловливают максимально допустимую частоту включений асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при частотном управлении.

Для частотно-управляемого асинхронного привода допусти­мая частота включении оказывается в несколько раз больше по сравнению с допустимой частотой включений при прямом пуске двигателя от сети с неизменной частотой и амплитудой напряжения и торможением противовключением.

Так как повторно-кратковременный режим с частыми пусками (S4) характеризуется, так же как и режим с частыми пусками и электрическим торможением (S5), относительной продолжительностью включения и числом , пусков в час, то режим S4 может рассматриваться как частный случай ре­жима S5.

По аналогии с режимом S5 для двигателя, работающего в режиме S4, может быть найдено допустимое число включе­ний в час:

Рис. 9.31. Нагрузочная диаграмма к примеру 9.2

Когда управление асинхронным двигателем производится при прямом включении от сети, можно для ориентировочной оценки hне учитывать влияние второго члена знаменателя по сравнению с первым, тогда

(9.125)

Наконец, если в установившемся режима двигатель работает с номинальной нагрузкой, то

(9.126)