Онищенко Г.Б. и др. Автоматизированный электропривод промышленных установок

Подождите немного. Документ загружается.

Коэффициент вязкого трения приближенно, можно он

лить из формулы:

X U+V

где: /„„=0,1 ...0,3 - логарифмический декремент затухании

лебаний под действием сил вязкого трения.

После определения времени разгона (торможения) опред

ется пусковой (тормозной) момент и ток. При пуске (торм

нии) с ограничением момента, момент определяется по форму,

со..

п(т)

= M

±J

-*-,

где: М(~Ма+Мс2- полный суммарный момент сопротивлен

Момент упругой связи определяется [4-14] из уравнения:

\г =

2^cp(} ~ cos Q„

/) + М,

среднее ускорение.

со,.

где:

ср

J,+J

Максимальное значение момента (Мц

будет

Q / = — и определяется из соотношения:

М»

2.7,

12 макс

(М -М

(

.)+ м

г2

При пуске с задатчиком интенсивности максимальной г

ковой момент определяется из соотношения:

пмаы

= М

(

(У, +2J-,)—.

Глава 24. Расчет мощности и выбор типа электродвигате^

24.1. Общие положения

При выборе приводного электродвигателя решается к

плекс вопросов:

- расчет мощности электродвигателя;

- расчет номинальной скорости вращения (вместе с опре

лением передаточного отношения механической передачи);

Выбор номинальной скорости вращения (вместе с опреде-

м передаточного отношения механической передачи);

выбор двигателя в соответствии с режимом его работы по

|ям нагрузки;

Выбор двигателя по условиям пуска;

Определение необходимой степени зашиты оболочки дви-

•;

•ыбор конструктивного исполнения на соответствие усло-

Шкружающей среды;

Выбор системы охлаждения двигателя,

[р условиям окружающей среды двигатели изготавливают в

(рщих климатических исполнениях У, УХЛ, Т, М, ОМ

• 15543-70) (для умеренного, умеренного и холодного, тро-

Jtoro и морского климата).

К> степени защиты персонала от соприкосновения с токове-

•и и движущимися частями и попадания посторонних тел

жмашины, а также степени защиты от проникновения воды

1-машины, они выпускаются в следующих исполнениях:

•00 - открытая электрическая машина, специальная защита

Жвует;

•10, 1Р20 - машина, защищенная от прикосновения и попа-

ДЮсторонних предметов;

• 1I...1P43 - машина, защищенная от капель воды, от при-

Т^ения и попадания посторонних предметов;

•44-1Р54 - закрытая машина, защищенная от брызг, при-

ТЬсния и попадания посторонних предметов;

55... 1Р58 - закрытые машины, защищенные от водяных

Т(1Р55) и от проникновения воды внутрь при неограниченно

5)ыюм погружении в воду (1Р58).

•роме того выпускаются машины для работы во взрыво-

Ж>й среде и в особых условиях окружающей среды,

fb способу охлаждения двигатели подразделяют на машины

твенным охлаждением, с самовентиляцией, имеющие вен-

р на валу двигателя (защищенные или закрытые) и с неза-

boii вентиляцией.

шля электроприводов, предназначенных для работы в дина-

псих режимах (механизмы циклического действия, следящие

волриводы и другие) стремятся выбирать двигатель с пони-

•м моментом инерции ротора (якоря^Для таких условий

•вливаются малоинерционные двигатели. Для машин с кри-

•шо-шатунной кинематикой применяют двигатели с повы-

иым моментом инерции. Для электроприводов, работающих в

повторно-кратковременном режиме и в неблагоприятных ус

ях эксплуатации, связанных с механическими нагрузками,

действием повышенной влажности, температуры и прочее, и

тавливаются двигатели специального конструктивного испо/j

ния - двигатели краново-металлургических серий.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели имеют ряд

полнений:

- нормальное с s„<2,5% и пусковым моментом 0,9-1,2

нального;

- с повышенным пусковым моментом (для конвейеров и

гих механизмов с большим сопротивлением при трогай

J„<IO°/o, М,,= 1,8...2,0;

- с повышенным скольжением - (при использовании для'

ханизмов с кривошипно-шатунным механизмом и при много/|

гательных приводах) s„<12%, М„= 1,8...2,0.

При выборе электродвигателя необходимо иметь ввиду,'

его масса и габариты зависят от номинального момента, а н<

мощности, т.е. двигатели одинаковой мощности имеют мень*

массогабаритные показатели при большей скорости и боль"

вес и габариты при меньшей номинальной скорости.

24.2. Расчет электродвигателя на нагрев

В расчет мощности электродвигателя входит проверка ега

нагрев и на перегрузочную способность.

Нагрев двигателя сверх допустимого значения приводи

ускорению старения изоляции и выходу электродвигателя

строя. Допустимый нагрев зависит от применяемой изоляции

обмоток. Изоляция электродвигателей подразделяется на кла'

Таблица!

Допустимые температура нагрева и превышение темпера'

ры электродвигателя для различных классов изоляции

Параметры Класс изоляции

ixrij

Допустимая температура нагрева

изоляционного материала (СТ-СЭВ

782-77), °С

120 135

155

Допустимая температура нагрева

обмоток электродвигателя (ГОСТ

183-74), °С

120 140

161

Допустимое превышение темпера-

туры (ГОСТ 183-74), °С

100

121

Примечание: температура окружающей среды принята 40°С,

^•ектродвигателей металлургического исполнения - 50°С.

Расчет электродвигателя на нагрев производят, исходя из

рения теплового баланса:

AP-dt = А-т-dt + С

•

dr, (24.1)

•де: г - превышение температуры относительно температуры

вюшей среды, °С; АР - суммарные потери мощности в дви-

S, Вт; А - коэффициент теплоотдачи электродвигателя - ко-

Жгво тепла, отдаваемого двигателем в окружающую среду за

Ври разности температур двигателя и окружающей среды ГС.

t°C); С - теплоемкость двигателя - количество тепла, необ-

•loe для нагрева двигателя на

Решение дифференциального уравнения (24.1) при AP=const

V вид:

г = (г

ноч

-т

уш

)е

" +r

(24.2)

установившееся превышение температуры двигателя;

рде: г„

оч

- начальное превышение температуры двигателя

•емперагурой окружающей среды;

ЛГ

I постоянная времени нагрева электродвигателя, с.

• " А

Физический смысл

постоянной времени на-

грева 7*,, состоит в том,

что она равна времени

нагрева до установив-

шегося превышения те-

мпературы т

уст

при ус-

ловии отсутствия отда-

чи тепла в окружающую

среду.

При г

ио

.,=0 уравне-

ние (24.2) принимает

f Нагрев

0.63i»„

Flic.24

График изменения температуры при

нагреве и охлаждении

г = r

(l -е ), а при охлаждении с г„

ач

до температуры

Нйпющей среды т

„,=0 (см.рис.24.1)

Г/г.

(24.2)

395

Теплоотдача электродвигателя зависит от системы вемг

ции. Прн самовентилируемых электродвигателях со снижен

зависимости от системы охлаждения электродвигателя и

следующие значения:

Закрытый с независимой вентиляцией - 1

Закрытый без принудительного охлаждения - 0,95...О,

Закрытый самовентилируемый - 0.45...0.

Защищенный самовентилируемый - 0,25. .0,

Среднее значение р при пуске (торможении) определяете

формуле р _

Р»

. Так как т

уст

= —, то при номинальных п

рях и неизменном значении теплопроводности г

„

= —-

•

Если потери электродвигателя равны или меньше номин

ных, то нагрев его не превысит допустимого значения. Если г

работе электродвигателя его нагрузка не остается постоянно

периодически меняется, то также периодически будут меняг;

потери в двигателе и его температура. Выполнение уело

mow -

от

может

проверяться прямым и косвенным методами

Прямой метод проверки электродвигателя на нагрев пре

сматривает построение с помощью формулы (24.2) кривой

определение по ней т„„„ и непосредственную прове

MUKC

~ ^

Oitn

Однако практическое применение этого метода весьма г

доемко. Поэтому проверка электродвигателей на нагрев осущ

вляется обычно косвенными методами. К ним относятся м

средних потерь и методы эквивалентных величин - тока, мощ»

сти, момента. Для проверки двигателя на нагрев при использо|

нии косвенных методов нужно знать график изменения соотвй

ственно средних потерь, тока, момента или мощности за ни

работы механизма.

Из косвенных методов метод средних потерь является на

более точным и универсальным. Сущность.его заключается в of]

ределении средних потерь мощности АР

(р

, за цикл работы с п

следующим сопоставлением их с номинальными потерями мои

ности АР„ на основании чего и делается заключение о нагрей

двигателя.

При использовании метода средних потерь рассматривает

удаленный цикл работы электродвигателя, когда T

=consi и к

личество теплоты, аккумулируемое двигателем за цикл, рани

нулю и уравнение теплового баланса за цикл принимает пи

•dt = А-

1р

•t

• Такой режим называют квазиустановившим-

юда

Ф =

= —}Ар

ч о

(24.4)

»де: АР

=— JAPdt - средние потери мощности за цикл.

ч о

АР

рГ1ри условии т <т

1)оп

, учитывая, что

=—получим

Т&ия проверки по средним потерям

АР <АР=Р

ср и г

(24.5)

Р. ДР.

•де: г/

- кпд электродвигателя при номинальном режиме;

- номинальная мощность электродвигателя.

ли на отдельных участках цикла мощность (момент) не-

постоянна (рис.24.2), то средние потери определяются по

уле

АР,/, +А/у

+Л/у

з (

24.

•от метод можно при-

Иггь, если время работы двига-

с максимальной нагрузкой

[Ьше постоянной времени на-

а двигателя Т„, в противном

чае максимальный нагрев бу-

начительно превышать до-

мый нагрев. Чем больше

ние Т„ будет превышать

Мение 1

мокс

, т.е. Т

»/„_.,

Г,

лр,

ЛР,

лр,

Рис.24 2 График изменения мощности

в функции времени

ближе т

ср

будет приближаться к т

ак(

. Допустимое превыше-

»т

и0к1

над т

ср

= 4,5°С, срок старения изоляции сокращается на

|4-15].

Использование метода средних потерь при проверке на на-

Ь не всегда удобно и не всегдг^еобходимо. Поэтому в боль-

1нстве случаев применяют другие методы, в которых соотно-

•ние средних потерь заменяется соотношением величин, про-

ррциональных потерям.

Метод эквивалентного тока

Потери в двигателях примерно пропорциональны квад

тока в его обмотках. Зная график тока, протекающего по

кам двигателя, можно определить для каждого конкретного^

жима работы значение тока /

, характеризующее его нагрев.

Эквивалентный ток Д - это такой неизменный по величЯ

ток, который вызывает такой же нагрев электродвигателя, ка|

реально протекающий изменяющийся по величине ток в соо'

ствии с графиком нагрузки механизма.

/ =

-\i\

)dl= Ш ^ (24<

Ч; V ty+h+h •

Условие проверки двигателя на нагрев будет:

Ы1

(2f

Формула (24.8) справедлива, если постоянные потери АР

время цикла не изменяются, а также соблюдены условия, нсоб

димые при применении метода средних потерь.

Метод эквивалентного момента

Если момент двигателя пропорционален току, то мож|

пользоваться методом эквивалентного момента.

Эквивалентный момент - это такой постоянный момент

грузки, который вызывает такой же нагрев двигателя, как и

ально изменяющийся момент в соответствии с графиком рабо'

механизма.

\1, = J— "\M~(t)di =.)

(241

, .

jvf

•

' '

м.

О V

\ -г-'г ~

Условие правильности выбора двигателя М

<М

Этот метод применим для двигателей постоянного тока с и?

зависимым возбуждением, для асинхронных двигателей и друг

когда момент пропорционален току.

Метод эквивалентной мощности

Если скорость двигателя изменяется мало и можно считав

что р = м .

(0 и

м - --, то эквивалентная мощность будет:

со

+/,+/,

L_,_

мости можно для нерегулируемых по скорости электродвига-

р, у которых момент пропорционален току. Условие пра-

•рости выбора электродвигателя р

< Р

24.3. Нагрузочные диаграммы н гахограммы

„

привода и расчета его мощ-

рти являются нагрузочная

•рамма и диаграмма скоро-

|[тахограмма). Нагрузочные

заммы (рис.24.3) подраз-

гся на диаграммы произ-

•гвемного механизма и элек-

•ривода.

[Нагрузочной диаграммой

рзводственного механизма

ается зависимость приве-

•ого к валу двигателя ста-

тского момента (мощности)

•узки от времени M

(t). Она

Учитывается на основании

Ьологических данных, харак-

Взующих работу механизмов

Ьин).

• Нагрузочной диаграммой

•стропривода механизма на-

врется зависимость момента

эдвигателя (алгебраиче-

Щ сумма статического и ди-

Ьжческого моментов) от вре-

|ни МО).

Диаграммой скорости, или

ЦЙраммой, называется зависимость скорости движения испол-

^сльного органа от времени co

(t) или V

(t).

24.4. Классификация номинальных режимов работы

электродвигателей

В зависимости от нагрузочной дЯЬграммы электродвигателя

Ьличают восемь режимов работы: S1...S8. Режимы S1...S3 яв-

Рис.24.3. Нагрузочные диаграммы и

тахограмма

а - нагрузочная диаграмма механизма; б

- тахограмма; в - график динамическо-

го момента; г - нагрузочная диаграмма

электропривода

ляются основными. Их номинальные данные включаются в

порт и каталоги на электродвигатели:

1. Продолжительный номинальный режим (SI) - режим

боты электродвигателя при неизменной нагрузке такой прод

жительности. при которой превышение температуры электрод

гателя достигает установившегося значения. Графики измене!

момента М, потерь мощности АР и температуры т\ соотве

вующее режиму S1, приведены на рис.24.4а.

В паспортных данных двигателя указываются номиналы

мощность Р

, скорость вращения п, напряжение

U,„

ток /,„ с

ветствующие режиму S1.

временн при режимах a) SI. б) S2. в) S3

Кратковременный номинальный режим (S2) - это режи

котором периоды нагрузки чередуются с периодами отключе

двигателя. При этом за время работы двигателя превышение г

пературы не достигает установившегося значения, а при откл!

чении все части электродвигателя охлаждаются до температу

окружающей среды. Режим характеризуется мощностью (момо!

том) и временем включения. Стандартная продолжительн

рабочего периода составляет 10, 30, 60, 90мин.

Графики, характеризующие кратковременный режим работ

показаны на рис.24.46. Иногда в информационных материала

содержатся данные о мощности, напряжении, токе, частоте н

щения при стандартных длительностях включения.

Повторно-кратковременный номинальный режим (S3) -

режим, при котором кратковременные периоды нагрузки че

я с периодами отключения двигателя, причем за время ра-

кпревышение температуры двигателя не достигает устано-

"ргося значения, а при отключении двигатель не успевает

до температуры окружающей среды (рис.24.4в). Режим S3

ризуется нагрузкой и продолжительностью включения

ПВ = —100% = ^100% или £ = —. (24.11)

Стандартные значения ПВ, на которые рассчитываются и

^каются электродвигатели, предназначенные для работы в

е S3, составляют 15, 25, 40 и 60%. Максимальная продол-

1ьность цикла не должна превышать 10 мин.

Номинальные режимы S4...S8 введены для того, чтобы упро-

адачу выбора электродвигателей, работающих в этих ре-

[4-16]. Здесь ограничимся лишь упоминанием этих режи-

Ьювторно-кратковременный режим работы с частыми пуска-

* S4; повторно-кратковременный режим работы с частыми

ми и электрическим торможением - S5; перемежающий ре-

боты - S6, когда после периода работы электродвигатель

1ючается, а продолжает работать вхолостую; время цикла

^Имается Юмин; перемежающий режим работы с частыми

ами - S7; перемежающий режим работы с двумя и более

гями - S8.

ф4.5. Порядок выбора электродвигателя по мощности при

различных режимах работы

Продолжительный режим SI.

Я Определяется мощность производственного механизма,

I нагрузка за время работы изменяется, то определяется

Ьалентная мощность (момент или ток).

.'О'^-аУ'О-

(24

)

П п Лп

де F, М - сила, момент сопротивления, приведенный к валу

1я, Н и Нм;

V„, со

- номинальная линейная и угловая ско-

"к механизма и двигателя соответственно, м/с, с"

; rj„ - кпд

НЧИ. /Т

По каталогу выбирается электродвигатель из условия

(24.13)