Режимы работы электродвигателей.

Режим работы электропривода определяется длительностью и его харак- тером: продолжительный, кратковременный и повторно- кратковременный.

Продолжительный режим – это режим работы такой длительности, при которой за время работы двигателя температура всех устройств электропривода достигает установившегося значения. Пример механизмов с длительным режимом работы: вентиляторы, компрессоры, конвейеры непрерывного транспорта и т.д. Нагрузочная диаграмма режима (рис.2.1.)

При кратковременном режиме рабочий период относительно краток и температура двигателя не успевает достигнуть установившегося режима. Перерыв же в работе исполнительного механизма достаточно велик для того, чтобы двигатель успел охладиться практически до температуры окружающей среды. Такой режим характерен для работы самых различных механизмов кратковременного действия: шлюзов разводных мостов, подъемных шасси самолетов и т.д.

При повторно-кратковременном режиме (рис. 2.2.) периоды работы чередуются с паузами (остановка, холостой ход). причем ни в одном из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время снятия нагрузки двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Типичным примером работы в повторно-кратковременном режиме являются электроприводы металлорежущих станков.

Длительность одного рабочего периода и паузы называется циклом. Повторно кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения ( ПВ%) , под которой понимают отношение суммарного времени рабочих периодов к времени продолжительности цикла:

(t ₁ + t ₂ + t ₄ +t ₅ ) ·100 t _p t _p

ПВ%= =∙ 100= ---------·100,

t ₁ + t ₂ + t ₃ +t ₄ + t ₅ t _p + t ₀ t _p+ t _Ц

где t _p -время работы ; t ₀ –продолжительность паузы;

t _Ц – продолжительность цикла.

Стандартные значения ПВ-15,25,40 и 60%. Например, указанные на щитке двигателя 8 кВт при ПВ-40% означает, что двигатель рассчитан на работу с номинальной нагрузкой 8 кВт в течение 4 минут, а последующее 6 минут должен быть отключён от сети.

Расчёт мощности двигателя при повторной кратковременной работе электропривода выполняют по нагрузочной диаграмме механизма предварительным расчётом эквивалентной рабочей мощности и действительного значения ПВ. Затем эквивалентную мощность Р_{Э РАБ} . пересчитывают для ближайшего стандартного значения ПВ _НОМ :

P_{Э РАБ.}= P₁²t₁+ P₂² t₂+ …….+P_К²t_К ;

t₁+ t₂ ………..+t _К Р = P_{Э РАБ.}= ПВ%

ПВ _НОМ%

По каталогу выбирают двигатель с номинальной мощностью P_Н при ПВ_НОМ так, чтобы P_Н >P. Выбранный двигатель проверяют по перегрузочной способности и пусковому моменту.

Расчет электрической линии включает определение сечение провода, которое обеспечивало бы нормальную работу двигателя, питаемого этой линией.

Сечение проводов рассчитывают по двум условиям – нагреву и отклонению напряжения.

Выбор сечения проводов по условиям нагрева с помощью таблиц заключается в сравнении длительно допустимого тока (I_доп.) для данного сечения провода, взятого из таблиц, с расчетным значением тока (I_расч.).

При этом должно соблюдаться условие: I_доп. ³ I_расч.

При изменении нагрузки происходит колебание напряжения у потребителя. Допустимые отклонения напряжения в процентах от номинального напряжения сети на зажимах электродвигателя составляют 5%.

В общем виде формула для определения потери напряжения в линии:

DU% = PL/CS,

где Р – нагрузка, кВт; L – длина линии, м; S – сечение провода, мм².

Значения коэффициента С для различных случаев приведены в табл.4

Основными причинами аварийных режимов электроустановок являются короткие замыкания и перегрузки. Для защиты электроустановок от ненормальных режимов работы применяют защитные аппараты – плавкие предохранители и автоматические выключатели.

Ток плавкой вставки предохранителя, служащего для защиты проводов от токов короткого замыкания, должен удовлетворять соотношению:

, где

I_{ном.пл.вст.} – номинальный ток плавкой вставки;

I_доп. – допустимый ток по условиям нагрева для защищаемого провода.

Плавкую вставку для защиты электродвигателя выбирают по условию:

I_{ном.пл.вст.} ³ , где

I_пуск. – пусковой ток электродвигателя;

a - коэффициент кратковременной перегрузки плавкой вставки;

a = 2,5 – для двигателей, пускаемых без нагрузки;

a = 2,0 – для двигателей, пускаемых под нагрузкой;

a = 1,6 – для двигателей с затяжным пуском.

Задание для расчёта двигателя для привода центробежного насоса

Определить необходимую мощность насоса электродвигателя центробежного насоса для перекачки холодной воды, произвести выбор асинхронного двигателя, определить номинальные данные двигателя, рассчитать и построить механические характеристики, рассчитать электрическую линию для питания двигателя. Варианты задания в приложении ( табл. 3).

Для выполнения задания необходимо:

2.5.1.По производительности и расчётному напору определить мощность насоса.

2.5.2.Рассчитать мощность на валу электродвигателя для насоса с горизонтальным валом. Применить асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа

“4А”, напряжение 220/380 В. Скорость вращения вала привода задана в приложении, табл.2. Условия эксплуатации – открытый воздух.

2.5.3.По данным каталога (приложение табл.2.) выбрать тип двигателя, указав номинальные паспортные данные.

2.5.4.Провести проверку по перегрузочной способности к пусковому моменту.

2.5.5.Определить потребляемую мощность

2.5.6.Определить номинальное и критическое скольжение.

2.5.7.Определить номинальные и пусковые токи.

2.5.8.Построить механические характеристики.

2.5.9. По расчетному току выбрать сечение проводов по условиям нагрева;

2.5.10.Проверить выбранное сечение по потере напряжения;

2.5.11.По пусковому току выбрать плавкую вставку предохранителя .

2.5.12.Проверить, защищает ли выбранная плавкая вставка сечение проводов от

действия токов короткого замыкания.

2.6.Пример выполнения задания

2.6.1. Определение необходимой мощности электродвигателя центробежного насоса для перекачки холодной воды производительностью Q=0,055 м³ /с.,

при расчётном напоре H=33м и частоте вращения n=1440 об/мин. Промежуточные передачи отсутствуют. Напряжение в сети 220/380 В.Длина линии 50м.

Мощность насоса, кВт.

Q H 9810*0,055*33

N _НАС = = = 29,8 ( кВт)

1000 _нас 1000*0,6

=1000 кг/м³ * 9,81 м/с² =9810 н/м³ _нас=0,6

6.2.2.Мощность электродвигателя, кВт при частоте вращения

QHK 9810*0,055*33*1,2

P_ДВИГ == = 35,6 (кВт)

1000 _{нас пер} 1000*0,6*1

Коэффициент запаса К=1,2 _пер =1

2.6.3. Для насоса с горизонтальным валом выбирается асинхронный

двигатель с короткозамкнутым ротором, согласно заданию – в закрытом исполнении, типа 4А200М4УЗ (200- высота оси вращения; М- средний установочный размер по длине станины : 4- число полюсов: УЗ – климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69).

По данным каталога: напряжение 220/380 В; Синхронная частота вращения

n₀ =1500 об/мин; частота вращения ротора n_НОМ =1470 об/мин; номинальная

мощность = 37 кВт; к.п.д. =91,5%; коэффициент мощности cosφ= 0,90; кратность пускового тока I_ПУСК./I=7.0; кратность пускового момента М_П/М_Н=1,4; кратность максимального момента М_MAX/Мн=2,3.=

2.6.4. Проверка по перегрузочной способности.

В случае расчёта электропривода при неравномерной нагрузке может

иметь место ситуация, когда момент нагрузки на отдельном участке характеристики может оказаться больше максимально допустимого момента двигателя, двигатель останавливается. Необходима проверка по перегрузочной способности, исходя из условия 0,9 М_MAX >= М_{C MAX,}

где: М_{C MAX} - максимальный статический момент сопротивления нагрузки; и по пусковому моменту, если пуск происходит под нагрузкой.

М _MAX - максимальный (критический) момент на валу двигателя.

Номинальный момент двигателя :

9550 Р_НОМ 9550·37

М_НОМ = ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ = ------------------- =240,4(Н м)

n _НОМ 1470

Максимальный (критический) момент :

М _MAX = М _К = М _НОМ =2,3∙240,4=552,9 ( Н м)

Максимальный статический момент сопротивления нагрузки:

9550 Р_MAX 9550·37

М с _MAX = ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑ = ------------------- =240,4(Н м)

n _НОМ 1470

где: Р_MAX - наибольшее значение мощности за цикл. По перегрузочной способности двигатель подходит, т.к выполняется условие:

0,9 М_MAX > М_{C MAX,}

Момент, создаваемый двигателем при пуске:

М _ПУСК

М _ПУСК = М_Н ----------- =240,4·1,4=336,6 (Н м)

М _Н

Статистический момент сопротивления нагрузки при пуске принимают равным максимальному статистическому моменту, по пусковому моменту выбранный двигатель удовлетворяет заданным условиям.

2.6.5. Потребляемая мощность двигателя:

Р _НОМ 37

Р ₁ = -------- = -------- = 40,4 (кВт)

η 0,915

2.6.6. Номинальный и пусковые токи:

Р _НОМ 37·1000

I _НОМ = = = 68,3 ( А)

3 U_НОМ η cos φ _Н 1,73∙380·0,915·0,9

I _ПУСК = 7 I _НОМ =7∙68,3 =478,1 (A)

2.6.7. Номинальное и критическое скольжение:

n₀ - n₁ 1500 - 1470

S _Н= ----------- = ----------------- =0,02

n₀ 1500

S _K= S _H ( + ²-1 )=0,02· (2,3+ 2,3²-1 )= 0,087

Механическая характеристика М=f (S) строится по упрощённой формуле:

2 М _К 2·552,9

М= ---------- = ---------------- = ( Н м)

S_K S 0,087 S ___________

----- + ---- ------- + -------

S S_К S 0,087

Задаваясь различными значениями скольжения от 0 до 1, находят соответствующие значения момента. Частоту вращения ротора определяют из уравнения n= n₀ (1- S).

2.5.8. Результаты расчётов заносят в таблицу. Механические характеристики представлены рис 2.3. и рис. 2.4

S_л Sн Sк 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

М (Н м) 241 553 0 405 230 т157 119 9,5

n, (об/мин) 1470 1369 1500 1200 900 800 300 0

2.5.9. По расчетному току, I _НОМ = 68,3 ( А) сечение проводов по условиям нагрева- 35 мм ²: три провода одножильных с алюминиевыми жилами;

2.5.10.Проверка выбранного сечения по потере напряжения;

потери напряжения в линии длиной 50 м: С=44

DU% = PL/CS,

DU% = 40,4х50 /44 х 35=1.32% , где

Р – нагрузка, кВт; L – длина линии, м; S – сечение провода, мм².

2.5.11.По пусковому току выбрать плавкую вставку предохранителя.

Плавкую вставку для защиты электродвигателя выбирают по условию:

I_{ном.пл.вст.} ³ = 478,1 / 2 = 239 А, где

I_пуск. – пусковой ток электродвигателя;

a - коэффициент кратковременной перегрузки плавкой вставки;

a = 2,0 – для двигателей, пускаемых под нагрузкой;

Предохранитель ПН2-250. Номинальный ток плавкой вставки 250А.

2.5.12. Проверка защиты выбранной плавкой вставки сечения проводов от

действия токов короткого замыкания.

Ток плавкой вставки предохранителя, служащего для защиты проводов от токов короткого замыкания, должен удовлетворять соотношению: , где

I_{ном.пл.вст.}= 250А – номинальный ток плавкой вставки;

I_доп. =95А– допустимый ток по условиям нагрева для защищаемого провода.

Механические характеристики двигателя

Рис. 1.1.	Рис. 1.2.
Рис. 1.3.	Рис. 1.4.
Рис. 1.5.	Рис. 1.6.
Рис. 1.7.	Рис. 1.8.

Рис. 1.9.	Рис. 1.10.
Рис. 1.11.	Рис. 1.12.
Рис. 1.13.	Рис. 1.14.
Рис. 1.15.	Рис. 1.16.

Рис. 1.17.	Рис. 1.18.
Рис. 1.19.	Рис. 1.20.
Рис. 1.21.	Рис. 1.22.
Рис. 1.23.	Рис. 1.24.

Рис. 1.25.	Рис. 1.26.
Рис. 1.27.	Рис. 1.28.
Рис. 1.29.	Рис. 1.30.
Рис. 1.31.	Рис. 1.32.

Рис. 1.33.	Рис. 1.34.
Рис. 1.35.	Рис. 1.36.
Рис. 1.37.	Рис. 1.38.
Рис. 1.39.	Рис. 1.40.

Рис. 1.41.	Рис. 1.42.
Рис. 1.43.	Рис. 1.44.
Рис. 1.45.	Рис. 1.46.
Рис. 1.47.	Рис. 1.48.

Рис.1.49. Рис. 1.50.

Варианты задания №1. Таблица 1

№ ва-рианта	№ схем	Е, В	f, Гц	С1, мкФ	С2, мкФ	С3, мкФ	L1, мГн	L2, мГн	L3, мГн	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом
					-	-	-	31,8	63,7
				-	-		25,5	22,3	15,9
						-	-	-	25,5
				-		-	15,9	-	47,7
					-		-	22,3	-		-
						-	15,9	-	31,8		-
				-	-		47,7	-	31,8	-
				-		-	-	-	25,5
				-		-	47,7	-	-
				-		-	31,8	-	22,3		-
					-		-	18,6	-
				-			53,1	-	-		-
				-	-		13,3	-	-
					-		-	21,2	-
						-	-	13,3	-
				-			13,3	-	-	-
						-	-	26,5	21,2			-
							-	-	26,5	-
				-		-	26,5	-	18,6			-
				-	-		26,5	18,6	-
				-	-		47,7	31,8	47,7		-
				-			47,7	31,8	-	-
							-	-	31,8
						-	-	-	26,5	-
				-	-	-	31,8	47,7	-
						-	-	-	13,3		-
					-		21,2	13,3	-		-
				-	-		53,1	-	53,1
				-			-	-	53,1
						-	-	26,5	26,5	-
					-		-	-	13,3	-
				-	-		13,3	18,6	53,1		-
					-		-	-	13,3

№ ва-риант	№ схемы	Е, В	f, Гц	С1, мкФ	С2, мкФ	С3, мкФ	L1, мГн	L2, мГн	L3, мГн	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом
					-		-	21,2	13,3	-
				-	-		26,5	21,2	-
					-		-	31,8	15,9		-
					-		-	-	15,9
				-			15,9	-	47,7		-
				-	-		31,8	25,5	47,7		-
					-		-	25,5	47,7
				-			15,9	-	-
					-	-	-	22,3	25,5		-
					-		-	22,3	-
							-	-	31,8
				-			31,8	-	22,3	-
							-	63,7	-			-
				-		-	25,5	-	22,3
							-	-	25,5		-
						-	-	25,5	31,8
				-			15,9	-	15,9

Технические данные асинхронных двигателей трехфазного тока

с короткозамкнутым ротором закрытого обуваемого исполнения серии « 4A».

Таблица 2.

Тип двигателя	Номиналь-ная мощность, кВт	При номинальной нагрузке	Кратность пускового тока	Кратность моментов
		частота вращения об/мин	к.п.д. %	Коэфф. мощности		Пуско- вого	Макси- мального
	Р ном	n	η	Cos φ	I ПУСК ------------------- I НОМ	М ПУСК ------------ М НОМ	М МАКС ------------ М НОМ
Синхронная частота вращения 3000 об/мин
4АС71А2У3	0,75		77,0	0,87	5,5	2,0	2,2
4АС80А2У3	1,5		81,0	0,85	6,5	2,1	2,6
4АС80В2У3	2,2		83,0	1,87	6,5	2,1	2,6
4АС902У3	3,0		84,5	0,88	6,5	2,1	2,5
4АС1002У3	4,0		86,5	0,89	7,5	2,0	2,5
4АС112М2У3	7,5		87,5	0,88	7,5	2,0	2,8
4АС132С2У3	11,5		88,0	0,9	7,5	1,6	2,2
4АС1602У3	15,0		88,0	0,90	7,0	1,4	2,2
4АС160М2У3	18,5		88,5	0,92	7,0	1,4	2,2
4АС1802У3	22,0		88,5	0,91	7,5	1,4	2,5
4АС180М2У3	30,0		90,5	0,90	7,5	1,4	2,5

4АС200М2У3	37,0		90,0	0,92	7,5	1,4	2,2
4АС2002У3	45,0		91,0	0,92	7,5	1,4	2,5
4АС225М2У3	55,0		91,0	0,92	7,5	1,4	2,5
Синхронная частота вращения 1500 об/мин
4АС71А4У3	0,55		70,5	0,70	4,5	2,0	2,2
4АС80В4У3	1,5		77,0	0,83	5,0	2,0	2,2
4АС904У3	2,2		80,0	0,83	6,0	2,1	2,4
4АС1004У3	3,0		82,0	0,83	6,0	2,0	2,4
4АС100М4У3	4,0		84,0	0,84	6,0	2,0	2,4
4АС1324У3	7,5		87,5	0,86	7,5	2,2	3,0
4АС132М4У3	11,0		87,5	0,87	7,5	2,2	3,0
4АС1604У3	15,0		88,5	0,88	7,0	1,4	2,3
4АС160М4У3	18,5		89,5	0,88	7,0	1,4	2,3
4АС1804У3	22,0		90,0	0,90	6,5	1,4	2,3
4АС180М4У3	30,0		91,0	0,89	6,5	1,4	2,3
4АС200М4У3	37,0		91,0	9,0	7,0	1,4	2,3
4АС200М4У3	45,0		92,0	0,90	7,0	1,4	2,5
4АС225М4У3	55,0		92,5	0,90	7,0	1,3	2,5

Синхронная частота вращения 1000 об/мин
4АС71 6 У3	0,55		67,5	0,71	4,0	2,0	2,2
4АС80А6У3	1,1		74,0	0,74	4,0	2,0	2,2
4АС100 6У3	2,2		81,0	0,73	5,0	2,0	2,2
4АС112М6У3	3,0		81,0	0,76	6,0	2,0	2,5
4АС112МВ6У3	4,0		82,0	0,81	6,0	2,0	2,5
4АС132М6У3	7,5		85,5	0,81	6,5	2,0	2,5
4АС160 6У3	11,0		86,0	0,86	6,0	1,2	2,0
4АС160М6У3	15,0		87,5	0,87	6,0	1,2	2,0
4АС180М6У3	18,5		88,0	0,87	6,0	1,2	2,0
4АС200М6У3	22,0		85,5	0,91	6,5	1.5	2,1
4АС225 6У3	33,5		81,0	0,91	6,5	1,5	2,1
4АС506У3	40,0		89,0	0,90	6,5	1,5	2,1
4АС250М6У3	45,0		86,5	0,88	6,5	1,5	2,1

Варианты задания № 2. Таблица 3.

№ варианта	Q м3/с	Н, м	n об/мин	L м	№ варианта	Q м3/с	Н, м	n об/мин	L м
	0,042					0,027
	0,038					0,031
	0,035					0,049
	0,040					0,044
	0,025					0,028
	0,045					0,025
	0,05					0,043
	0,038					0,036

	0,030					0,020
	0,052					0,053
	0,042					0,027
	0,037					0,030
	0,034					0,020
	0,027					0,03
	0,031					0,032
	0,049					0,049
	0,044					0,044
	0,028					0,028
	0,025					0,025
	0,043					0,043
	0,036					0,036
	0,020					0,020
	0,053					0,053
	0,027					0,027
	0,030					0,030

Таблица 4

UНОМ.,В	Система сети	Значение коэффициента С для проводов
медных	алюминиевых
380/220	Трехфазная с нейтральным проводом
220/127	То же		14,7
	Трехфазная без нейтрального провода
	То же		14,7
380/220	Двухфазная с нейтральным проводом		19,5
220/127	То же	10,7	6,5

Таблица 6

Плавкие предохранители

Параметр	Тип предохранителя
НПН 2-60	ПН2-100	ПН2-250	ПН2-400	ПН2-600
Номинальный ток А предохранителя
Плавкой вставки	8,10, 16,20 25,32,40, 63	30,40,50,60 80, 100	80,100,120, 150, 200.	200, 250, 300,350,	300, 400, 500, 600

Таблица 5

Провода с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией с алюминиевыми жилами

Сечение токо- проводящей жилы, мм2	Токовые нагрузки проводов, проложенных в одной трубе, А
два одножиль-ных	три одножиль-ных	четыре одножиль-ных	один двух-жильный	один трех-жильный

Библиографический список

1. Курс эле