Розрахунок і вибір потужності двигунів при різних режимах роботи

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 13
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

Надійна тривала робота двигуна можлива тільки в тому випадку, коли він правильно розрахований і обраний за тепловим і динамічним (при перехідних процесах) режимах і відповідає умовам навколишнього середовища. Забезпечення надійності електроприводів пов'язане з конструкцією двигунів.

Застосування двигуна будь-якого типу перед усе пов'язане з підбором його за потужністю. У випадку невідповідності потужності двигуна статичному навантаженню механізму, електропривод не забезпечить необхідної продуктивності, а двигун передчасно вийде з ладу.

Необхідну потужність двигунів при наявному або заданому графіку статичного навантаження Рст(t) визначають з таким розрахунком, щоб можна було скористатися номінальними (паспортними) даними двигуна.

Тривале незмінне навантаження (режим S1). При такому навантаженні номінальна потужність двигуна

Pном ³ Pст (8.7)

Кутова швидкість двигуна повинна відповідати необхідній кутовій швидкості виробничого механізму. При дотриманні умови (8.7) втрати в двигуні при пуску та у режимі навантаження не перевищують допустимих, а перевищення температури є усталеним і не перевищує допустимого значення.

Змінне навантаження (перемежований режим S6). У деяких робочих машин (ескалатор метро, транспортери подачі деталей тощо) у період роботи навантаження змінюється циклічно з часом Тц. При деякій ідеалізації навантажувальну діаграму таких машин зводять до режиму S6 (рис. 8.4). Втрати в двигуні Рв1 – Рв4, які відповідають значенням потужності Р1 - Р4, змінюються також циклічно. При досить великому числі циклів у двигуні встановлюється деяке середнє перевищення температури t ср.

Визначити потужність двигуна в цьому випадку складніше, ніж при тривалому незмінному навантаженні. Вибір потужності за найбільшим значенням Р1 призведе до недовикористання двигуна при значеннях Р2 – Р4 менших Р1. Це викликає погіршення енергетичних і економічних показників електропривода. Розрахункову потужність двигуна можна визначити, виходячи із середньої навантажувальної потужності Рср з урахуванням деякого коефіцієнта запасу:

Ррозр = Рср kзап (8.8)

де Рср=SР1 - 4 / 4; kзап = 1,1 ¸ 1,3 враховує перевищення дійсної потужності над середнім значенням.

Номінальну потужність двигуна вибирають якнайближче до розрахункової. Однак такий підхід прийнятний тільки при попередньому визначенні потужності двигуна. Це пояснюється тим, що втрати потужності, а отже, і енергії залежать від значень потужності в режимі навантаження двигуна і змінюються пропорційно квадрату струму. Обрана за розрахунковим значенням потужність двигуна в більшості випадків виходить нижче необхідного значення, коли t у £ t доп.

Для більш точного визначення потужності двигуна в режимі роботи S6 користуються одним із двох методів:

1) методом середніх втрат;

2) методом еквівалентних значень струму, моменту, потужності.

Метод середніх втрат полягає в тому, що для попередньо обраного двигуна [див. (8.8)], потужність якого вважається номінальною, спочатку визначають номінальні втрати Рп.ном [див. (7.7)], потім за допомогою графіка h дв = f (P), який наводиться в каталозі, при навантаженнях Р1 – Р4, Рх [див. (7.12)] знаходять втрати Рв1, Рв2 і т.д. (рис. 8.4). З трохи меншою точністю ці втрати можуть бути визначені на підставі (7.11).

Середні втрати потужності в двигуні

(8.9)

Підраховані середні втрати порівнюються з номінальними. При Рв.ср = Рв.ном передбачається, що найбільше значення t мах двигуна дорівнює t доп і досягається у визначеній точці кожного циклу. Двигун буде обраний правильно, якщо

Рв.ср £ Рв.ном (8.10)

Якщо температура навколишнього середовища q відрізняється від 40° С, то умова (8.10) може бути записана у вигляді

(8.11)

Розглянутий метод розрахунку і вибору потужності двигуна трохи трудомісткий, в наслідок чого більше застосування отримали методи еквівалентних значень струму, моменту і потужності.

Рисунок 8.4 – Навантажувальна діаграма перемежованого режиму роботи зі змінним навантаженням

 

Метод еквівалентного струму заснований на заміні дійсного струму двигуна, який змінюється, при змінному навантаженні, розрахунковим незмінним струмом, що називається еквівалентним, котрий викликав би в двигуні ті ж втрати, що і дійсний струм.

При цьому виконуються наступні допущення: 1) постійні втрати Рв.пост в двигуні (у сталі, на тертя, вентиляцію), які не залежать від значень навантаження, незмінні протягом усього робочого періоду; 2) активний опір обмоток двигуна практично незмінний. Тоді, наприклад, у двигуні постійного струму відповідно до (7.1) і (7.2) середні втрати потужності

(8.12)

де Iек — еквівалентний розрахунковий струм.

Підставляючи співвідношення (8.12) у (8.9) при п робочих періодів, отримаємо

відкіля значення еквівалентного струму

(8.13)

Розрахунковий еквівалентний струм порівнюється з номінальним струмом обраного двигуна. При цьому еквівалентний струм повинен бути менше або дорівнювати номінальному:

Iек £ Iном (8.14)

Двигун повинен бути також перевірений за допустимим перевантаженням за умови, що

Imax / Iном £ l i,

де Imax — максимальне значення струму (при найбільшому навантаженні); l i — допустимий коефіцієнт перевантаження двигуна за струмом, наприклад для двигунів постійного струму загального призначення l i = 2 ¸ 2,5.

Якщо виявиться, що остання умова не виконується, то необхідно вибрати двигун більшої потужності, керуючись при цьому вже не умовами нагріву, а перевантажувальною здатністю двигуна.

При виводі формули (8.13) передбачалося, що значення статичного навантаження на кожній ділянці графіка залишалися незмінними. Фактично довільні графіки навантаження можна представити у вигляді прямокутників, трапецій і трикутників (рис. 8.5). Тоді при відомому часі tроб проходження струму на кожній з цих ділянок еквівалентний струм визначиться так:

для прямокутника з початковим і кінцевим струмами, рівними I1:

I'ек = I1; (8.15)

для трапеції з початковим струмом I1 і кінцевим зниженим струмом I2

(8.16)

для трикутника з початковим струмом I2 і кінцевим значенням струму, рівним нулю,

(8.17)

Значення уточнюють значення струмів I1 - Іп у формулі (8.13), у результаті чого точність розрахунків підвищується.

Методом еквівалентного струму не можна скористатися в тих випадках, коли істотно змінюється активний опір обмоток двигуна при роботі в тих або інших режимах (асинхронні двигуни з глибокими пазами і подвійною кліткою ротора). У цих випадках варто застосовувати методи, засновані на безпосередньому визначенні втрат.

У ряді випадків відома не зміна струму, а залежність обертового моменту двигуна від часу.