Нагревание двигателей при повторно-кратковременном режиме работы

Процесс установления температуры в этом режиме можно представить в виде следующего рисунка (при идеализированной нагрузочной диаграмме). Температура обмоток двигателя изменяется по отрезкам экспоненциальных кривых и дости­гает установившихся колебаний со сравнительно небольшой амплиту­дой. При правильном выборе двига­теля, наибольшая температура не достигнет t¢_уст, а будет стремиться через достаточно большое число циклов к величине t_уст=t_доп.

Двигатель длительного ре­жима за счет охлаждения во время пауз может работать в повторно-кратковремен­ном режиме с коэффициентом термической перегрузки , где t¢_уст - наибольшая температура, которая имела бы место при длительном режиме работы с потерями Q_пк=∆Р_пк повторно-кратковременного режима.

Величина d может быть найдена на том основании, что для цикла работы, достаточно удаленного от начала, температура перегрева колеблется в пределах от t₀ до t_уст. При этом для периода работы, t_р можно написать

.

Температура в конце паузы понизится до значения

,

если считать, что Т₀=t₀. Подставив значение t₀ и разделив обе части равенства на t_у, получим

.

Отсюда .

Если Т₀>Т_Н то

,

отсюда , где - приведенный ко­эффи­циент включения.

На основе выражения для d ниже построены кривые зависимости d от e¢ при различных значениях . Точки, лежащие на оси ординат, где e¢=0 и e=0, соответствуют кратковременному режиму работы. Характерной является также точка с координатами e¢=1 и d=1. В ней сходятся все кривые. Она отвечает длительному режиму работы. Из графика видно, что при e¢>0,6 допустимая тепловая перегрузка незначительна, а коэффициент механической перегрузки будет еще меньше. Поэтому при e>0,6 практически нужно выбирать двигатели так же, как для длительного режима работы.

Для повторно-кратковременного режима нерационально использовать двигатели, предна­значенные для длительного режима. Для этого режима выпускается специальная серия машин – краново-металлургические двигатели постоянного тока серии Д, переменного тока с к.з. ротором серии MTKF, MTKH, 4АС, с фазным ротором серии МТF, MTH, 4MT.

Конструктивно двигатели, предназначенные для повторно-кратковременного режима отличаются от двигателей длительного режима тем, что при одинаковой мощности с последними они имеют меньший момент инерции, что достигается уменьшением диаметра якоря (ротора) при увеличенной длине. Это позволяет уменьшить потери энергии в переходных режимах (уменьшается запас энергии во вращающихся элементах), увеличивается быстродействие, сокращается время пуска и торможения. В справочниках и каталогах указывается для каких ПВ% они рассчитаны, указывается мощность, которую могут они развивать при каждой из нормируемых ПВ%. Для двигателей постоянного тока серии Д и краново-металлургических двигателей переменного тока основной является ПВ 40%. Все величины, характеризующие двигатель при основной ПВ% являются номинальными (мощность, ток, момент, скорость), а эти же величины при других ПВ% являются допустимыми по условиям нагрева. Например, номинальная мощность и ток двигателя при ПВ = 40% равны, положим, 5 кВт и 20 А. При ПВ = 60% его нельзя нагружать такой же мощностью и током – он этого не выдержит. Поэтому для этого двигателя в справочнике (каталоге) указывается, что при ПВ = 60% этот двигатель имеет мощность не 5, а, например, 4 кВт и ток не 20, а 15А. Скорость его также указывается иной, чем при ПВ = 40%.

Предварительный выбор двигателей по мощности

Обычно в начальной стадии проектирования электропривода проектировщику известна лишь нагрузочная диаграмма рабочей машины и ее тахограмма. Выбор же двигателя может быть сделан лишь на основе нагрузочной диаграммы самого двигателя, (т.е. электропривода). Для ее построения необходимо сделать расчет переходных процессов, что требует знания суммарного приведенного момента инерции всей системы привод – рабочая машина.

Момент инерции системы в основном определяются моментом инерции самого двигателя. Поэтому, пока двигатель не известен, нельзя приступить к расчету переходных процессов, следовательно, нельзя построить и нагрузочную диаграмму электропривода. В связи с этим первоначально приходится задаваться ориентировочным значением момента или мощности двигателя, исходя из нагрузочной диаграммы рабочей машины, и двигатель выбирать предварительно.

Двигателю в процессе работы приходится преодолевать в переходных режимах не только статическую, но и динамическую нагрузку, т.к. статическая нагрузка при работе рабочей машины не остается постоянной. Поэтому среднеквадратичное значение момента двигателя получается выше, чем среднее значение статического момента сопротивления. Соответственно при предварительном выборе двигателя его номинальный момент принимается большим, чем среднее значение статического момента.

Последовательность расчетов при предварительном выборе:

1. По нагрузочной диаграмме механизма определяется средний статический момент

, где t_ц – длительность цикла.

2. Определяется требуемый номинальный момент двигателя или или , где М_с.кв – среднеквадратичное значение статического момента сопротивления, определяемое по нагрузочной диаграмме рабочей машины.

3. Определяется требуемая номинальная мощность (w_Н -должна быть задана) и по каталогу выбирается двигатель.

4. Рассчитывается момент инерции системы .

5. Делается проверка по перегрузочной способности

, где

М¢_с.макс - приведенный максимальный статический момент сопротивления

механизма;

l_М - перегрузочная способность двигателя.

6. Делается расчет переходных процессов и строится нагрузочная диаграмма электропривода M=f(t) или I=f(t).

7. Делается проверка мощности предварительно выбранного двигателя по нагреву.