ЭЛЕКТРОПРИВОД И АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ

В большинстве случаев на предприятиях различные механизмы и станки приводятся в движение электродвигателями. В соответствии с требованиями производства электродвигатель должен быть выбран по мощности и характеристикам, защищен от вредного влияния окружающей среды и снабжен пусковой, регулировочной и защитной аппаратурой. Вся совокупность устройства для питания, управления и регулирования называется системой электропривода.

Одним из важнейших этапов в расчете электропривода является подбор двигателя соответственно требованиям производственного механизма. В первую очередь возникает вопрос о необходимой для привода мощности двигателя. Однако мощность, развиваемая данным двигателем и указанная на его щитке, не является постоянной величиной, а зависит от характера нагрузки и температуры окружающей среды. Ранее указывалось о перегрузочной способности двигателя, т. е. об отношении M_м/M_н. Эта величина для асинхронных двигателей обще промышленного применения 1,8—2,5, для крановых асинхронных двигателей 2,3—3,3, для синхронных двигателей 1,8—2,5. Перегрузочная способность есть величина, указывающая на физический предел мощности, которую машина способна развить кратковременно. Во избежание остановки двигателя тормозной момент производственного механизма не должен превысить величину М_м. Двигатели постоянного тока не имеют физического предела мощности, однако и для них ухудшение коммутации и возможность возникновения кругового огня по коллектору ставят предел кратковременно развиваемого максимального момента. Перегрузочная способность двигателей постоянного тока равна приближенно 2,5, а крановых двигателей постоянного тока 3,0—4,0.

Рис. 14-1. Кривая нагревания машины при работе.

НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Номинальный момент, а значит, и номинальная мощность, развиваемая двигателем в длительном режиме, определяется нагревом двигателя, который ограничивается главным образом классом нагревостойкости изоляции, применяемой для обмоток. В табл. 14-1 приведены значения предельной температуры для материалов, применяемых в электромашиностроении.

Классы электроизоляционных материалов
Класс нагревостойкости	Предельно допустимая температура, °С	Характеристика материала
Y	90	Не пропитанные хлопчатобумажные ткани, пряжа, бумага и волокнистые материалы из целлюлозы и шелка
А	105	Те же материалы, но пропитанные
Е	120	Некоторые синтетические органические пленки
В	130	Материалы из слюды, асбеста и стекловолокна, содержащие органические связующие вещества
F Н	155	Те же материалы в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами
	180	Те же материалы, но в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими веществами
С	Более 180	Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, асбест,  применяемые без связующих составов или с неорганическими связующими составами

При температуре окружающей среды +35° С стальные сердечники и другие части, соприкасающиеся с обмотками, при изоляции обмоток классов А и В йе должны иметь соответственно превышения температуры более 65 и 85°. Контактные кольца при тех же условиях должны иметь температуру не выше 70 и 90° С, а коллекторы 65 и 85° С. Температура подшипников скольжения не должна превышать 80° С, а подшипников качения 95° С.

Если изоляция работающей машины имеет температуру, большую указанной в табл. 14-1, то срок службы изоляции сильно сокращается. Пониженная температура удлиняет срок службы машины, но машина при этом плохо используется и не экономична.

Рис. 14-2. Диаграмма неизменной нагрузки двигателя.

На рис. 14-1. показана кривая нагревания машины при работе, т. е. ϑ = f (t), где ϑ — температура машины, а t — время работы. В момент включения машины (t = 0) температура всех ее частей равна температуре окружающей среды ϑ₀. В первое время работы перепад температуры от машины к окружающей среде мал, а значит, и излучение во внешнюю среду мало и все тепло, почти целиком, идет на повышение температуры машины. Кривая быстро идет вверх. Чем больше нагревается машина, тем большая часть тепла излучается во внешнюю среду и рост температуры машины замедляется. Через некоторое время приток тепла становится равным отдаче его в окружающее пространство и повышение температуры машины прекращается при установившейся температуре ϑ_уст и неизменной нагрузке машины. Такой режим называется продолжительным режимом, если перегревы всех частей машины не выходят за установленные стандартом пределы.

Рис. 14-3. Диаграмма для выбора мощности двигателя при продолжительном режиме.

Машины, у которых не предусмотрено специальных мер для охлаждения, называются машинами с естественной вентиляцией. Такой способ отвода тепла неинтенсивен и применяется только при очень малой мощности (десятки ватт).

Обычно же на валу ротора помещают вентилятор, который высасывает из машины нагретый воздух. Это машины с самовентиляцией. В машинах с независимой вентиляцией охлаждающий воздух подается в машину от постороннего вентилятора. Этот способ применяется только для машин большой мощности.

ВЫБОР МОЩНОСТИ ПРИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ

Если нагрузка двигателя постоянна (рис. 14-2), то мощность двигателя можно определить по формулам, приводимым в справочниках для различных механизмов. Например, мощность двигателя, приводящего во вращение вентилятор:

P = (Q_секH/102η_вη_п)(квт)

где Q_сек— производительность вентилятора, м³/сек;

Н — полный напор, мм вод. ст.; η_в — к. п. д. вентилятора (0,3—0,7);

η_п — к. п. д. передачи от вентилятора к двигателю.

Если двигатель работаете переменной нагрузкой, то для определения его мощности надо иметь график нагрузки I = f(t) подобный представленному пунктиром на рис. 14-3. Этот график заменяют ступенчатой кривой тока и при построении полагают, что за время t₁ двигатель берет ток I₁ за время t₂ — I₂ и т. д. Этот ступенчатый ток за время одного цикла работы t_ц заменяют таким неизменным током, который за то же время производит тепловое действие, равноценное действию тока, изменяющегося ступенями. Этот ток называют эквивалентным током I_э.

Отсюда вычисляется эквивалентный ток

I_э = √((I²₁t₁ + I²₂t²₂ + …+I²_nt_n)/(t₁ + t₂ + … + t_n))

Эквивалентный ток должен быть равен номинальному току выбираемого двигателя или меньше его

I_н ≥I_э

У двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением и у синхронных двигателей, работающих при неизменном потоке возбуждения:

 М =с_мФI = I.

Поэтому формулу эквивалентного тока можно заменить формулой эквивалентного вращающего момента.

Если нагрузка практически не влияет на скорость вращения двигателя (жесткая характеристика скорости) или график нагрузки (рис. 13-3) есть Р = f (t), то двигатель выбирают по эквивалентной мощности

Это возможно потому, что при ω = const

Р = Мω ≡ М.

ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ

В кратковременном режиме двигатель работает такое ограниченное время t_к, за которое температура его не успевает достигнуть установившегося значения. Затем двигатель отключается и успевает охладиться до температуры окружающей среды. Так работают двигатели шлюзовых устройств, разводных мостов, зажимных приспособлений металлорежущих станков.

В этом случае пользуются формулой (14-2) в соответствии с графиком нагрузки рис. 14-4, считая, что t₁ + t₂ + … + t_n = t_к

Затем по каталогу выбирают двигатель, предназначенный для времени работы t_к, номинальный момент которого равен или больше эквивалентного момента, т. е. М_н ≥ М_э. Затем двигатель проверяют на мгновенную перегрузку током так, чтобы I_м/I_э было допустимым для данного двигателя.

ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПОВТОРНО- КРАТКОВРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ

Рис. 14-4. Диаграмма работы двигателя при кратковременном режиме.

Повторно — кратковременный режим характерен тем, что при нем периоды работы чередуются с паузами. При этом за период работы двигатель не успевает нагреться до установившегося значения температуры, а за время покоя не охлаждается до температуры окружающей среды. Диаграмма такой работы показана на рис. 14-5. В этом режиме работают двигатели кранов, лифтов, подъемников, экскаваторов и ряд двигателей прокатных цехов. Это двигатели специальной краново-металлургической серии и имеют усиленную механическую конструкцию и увеличенный пусковой момент.

На паспорте этих двигателей указывается относительная продолжительность включения (ПВ), равная отношению суммы рабочего времени t₁ + t₂ + … + t_n к времени цикла t_ц, состоящего из суммы рабочего времени и времени паузы t₀

Рис. 14-5. Диаграмма работы двигателя при повторно-кратковременном режиме.

Таким образом,

ПВ = ((t₁ + t₂ + …+ t_n)/(t₁ + t₂ + …+ t_n + t₀))100%

Электродвигатели строятся для стандартных ПВ = 15, 25, 40, 60%, причем ПВ = 25% принимается за номинальную. Чем больше ПВ, тем меньше номинальная мощность двигателя при равных габаритах.

Отсюда следует, что двигатель, рассчитанный на работу в течение 25% времени цикла при номинальной мощности, нельзя оставлять под нагрузкой 60% времени цикла при той же мощности.

Двигатель рассчитывается для повторно-кратковременного режима, если длительность цикла не превышает 10 мин.

Расчет ведется по формуле эквивалентной мощности (14-3), а затем для заданной ПВ находят номинальиую мощность Двигателя по каталогу крановых двигателей. В этом случае, когда найденная ПВ не соответствует ближайшей стандартной, найденную по формуле (14-3) эквивалентную мощность Р_э1пересчитывают на стандартную ПВ:

Р_э2 = Р_э1√((ПВ)₁)/(ПВ)₂)

Пример 14-2. Выбрать номинальную мощность двигателя, работающего по графику рис. 14-5:

Р_э = √(4² • 20 + 2² • 20)/( 20 + 20 + 60) = 2квт,

ПВ = (20 + 20)/(20 + 20 + 60) 100% = 40%.

Для ПВ = 40% находится мощность кранового двигателя постоянного тока или асинхронного.

 

Статья на тему Электропривод

• ← Предыдущая
• Следующая →
• Главная Электротехника