График работы двигателя в кратковременном режиме приведен на рис. 6.9. Исходя из определения этого режима, можно ограничиться рассмотрением лишь одного периода работы двигателя для установления его превышения температуры, определяемого уравнением
Если выбрать двигатель, рассчитанный для продолжительного режима мощностью 
, то, очевидно, при кратковременном режиме превышение температуры не достигнет установившегося значения
, как это видно из рис. 6.9 (кривая 1). Поэтому в этом случае двигатель недоиспользуется по нагреву. При заданной нагрузке и времени рабочего периода 
в тепловом отношении полностью будет использован двигатель меньшей мощности; в этом случае превышение температуры ко времени
будет равно
(кривая 2 на рис. 6.9). При этом двигатель кратковременно будет перегружаться, а установившаяся температура для него окажется равной
. Перегрузка может быть значительной при малых
|
| Если нагрузка в рабочий период меняется, то в расчетные формулы вводится вместо Двигатели, предназначенные для кратковременного режима работы, выпускаются заводами изготовителями с нормированной длительностью работы в 10, 30, 60 и 90 мин. Следовательно, выбранный по каталогу двигатель для этого режима может быть загружен номинальной мощностью в течение указанного времени, и он будет полностью использован по нагреву. |
| Рис. 6.9. График работы двигателя в кратковременном режиме |
Многоступенчатый график нагрузки, характеризующий повторно-кратковременный режим работы, показан на рис. 6.10. Такой или более сложный график можно привести к эквивалентному одноступенчатому, если воспользоваться формулой
В общем случае график нагрузки может включать участки работы с расчетными угловыми скоростями, паузы, участки пуска и торможения. Такой график также можно привести к одноступенчатому с помощью формулы
, 
где 
- число рабочих участков в цикле;
- число пауз в цикле.
|
| Подобным же образом с использованием формул эквивалентных величин преобразуются к одноступенчатому графики тока и момента. Как отмечалось, для рассматриваемого режима характерно чередование рабочих периодов и пауз, причем длительности их такова что превышение температуры двигателя не достигает установившегося значения как в рабочий период, так и в течение паузы (рис. 6.11). Для достаточно удаленного от начала работы привода цикла колебания превышения температуры устанавливаются равными  . |
| Рис 6 10. Многоступенчатый график нагрузки, характеризующий повторно- кратковременный режим работы. |
При равных постоянных времени нагрева и охлаждения, что может иметь место в случае независимой вентиляции двигателя, можно записать:
, 
Подставляя значение
в первое уравнение, получаем:
Рис. 6 11. Изменение температуры электродвигателя при регулярном графике повторно-кратковременного режима работы.
Отсюда после несложных преобразований получим коэффициент тепловой перегрузки двигателя при работе его в продолжительном режиме с той же нагрузкой, что и в повторно-кратковременном с 
где 
- относительная продолжительность включения,
.
Расчет мощности двигателей, предназначенных для продолжительного режима работы, но используемых для повторно-кратковременной нагрузки с одноступенчатым графиком, производится на основании следующих соображений. Полное количество теплоты, которое будет отдаваться таким двигателем при номинальном превышении температуры за цикл, равно:
| | (6.24) |
В период паузы, когда двигатель отключен, в нем потери отсутствуют, поэтому в рабочий период нагрузка его может быть увеличена по отношению к номинальной в продолжительном режиме. Постоянные потери в рабочие периоды не изменятся, а переменные потери возрастут до значения
,
где 
- ток при продолжительном номинальном режиме работы;
- ток при повторно-кратковременном режиме.
Средние потери, выделяющиеся в двигателе за цикл, равны:
| | (6.25) |
В квазиустановившемся процессе при повторно-кратковременном режиме, когда превышение температуры достигнет 
, количество теплоты, выделяемое в двигателе, и количество теплоты, рассеиваемое в окружающую среду, равны, т.е. нужно приравнять (6.24) и (6.25)
| | (6.26) |
или
| | (6.27) |
Откуда
| | (6.28) |
Полученный по (6.28) ток для продолжительного режима сопоставляется с номинальным током выбранного двигателя, и при условии, что 
двигатель проходит по нагреву.
Если пренебречь постоянными потерями 
и считать, что теплоотдача в неподвижном состоянии двигателя такая же, как и для номинальной угловой скорости (
), то
| | (6.29) |
Для повторно-кратковременного режима работы целесообразно применять специальные двигатели, обладающие значительной перегрузочной способностью и повышенным пусковым моментом, что позволяет максимально использовать их по нагреву. Такие двигатели выпускаются с нормируемой номинальной мощностью при определенной продолжительности включения и длительности цикла. При превышении нормированной длительности цикла расчет мощности двигателя ведется, как для продолжительного режима (в каталогах на некоторые из этих двигателей указывается номинальная мощность для продолжительного режима, но некоторые из таких двигателей не могут работать в продолжительном режиме даже на холостом ходу, перегреваясь из-за больших постоянных потерь).
Основным значением ПВ, на которое рассчитываются двигатели, является ПВ = 25 %. В каталогах приводится номинальная мощность двигателя для различных значений ПВ.
Если расчетная продолжительность включения 
, должны быть равны потерям при номинальной мощности, например при
и
, т. е. | | (6.30) |
где 
- переменные потери в двигателе при
Из (6.30) имеем:
| | (6.31) |
где 
- коэффициент постоянных потерь при нагрузке
,
Без учета постоянных потерь формула (6.30) упростится и примет вид:
| | (6.32) |
Порядок расчета мощности и выбора двигателя при повторно-кратковременном режиме и ПВ, отличающей от стандартной, может быть следующим:
1. На основании статических расчетов или иных данных ориентировочно выбирают по каталогу двигатель из специальной серии и определяют его параметры.
2. Рассчитывают и строят тахограмму 
и нагрузочную диаграмму
или
.
3. По полученной нагрузочной диаграмме определяют эквивалентный момент (ток) за время работы, т.е. сложный график заменяем эквивалентным ему простым прямоугольным.
4. По нагрузочной диаграмме определяют фактический коэффициент включения 
.
5. Номинальное значение момента, тока ориентировочно выбранного двигателя пересчитывают с каталожной ПВ на фактическую 
,
.
6. Сравнивая эквивалентный момент (ток) со значением номинального момента (тока), пересчитанного на фактическую продолжительность включения, определяют пригодность выбранного двигателя по нагреву.
7. Двигатель, проходящий по нагреву, проверяют по перегрузке.
studfiles.net
|
| (3) |
где 
- средняя длина пути крана. = 100 м тогда:
Время цикла работы механизма определяем по следующей формуле с учетом величины продолжительности включения:
где ПВ – продолжительность включения. ПВ = 40%
тогда:
т.к. время цикла работы механизма составляет меньше 10 минут, то двигатель работает в повторно-кратковременном режиме.
Определим время пауз между перемещениями механизма:
Принимаем, что время первой и второй паузы одинаково, тогда:
По результатам расчета (раздел 2) строим скоростную и нагрузочную диаграммы механизма перемещения крана.
Скоростная диаграмма представляет собой зависимость скорости перемещения механизма от времени, за время выполнения цикла передвижения механизма.
Нагрузочная диаграмма представляет собой зависимость статической мощности от времени, за время выполнения цикла передвижения механизма.
Эквивалентную статическую мощность механизма для продолжительности включения ПВ = 40% определяем по следующей формуле:
где 
- время перемещение крана вперед и назад соответственно тогда:
Учитывая, что электропривод передвижения крана имеет два двигателя (в соответствии с заданием), то ведем расчет на один двигатель. Тогда эквивалентная статическая мощность одного двигателя составит:
Расчетную мощность для ПВ = 40% определяем по формуле:
где h - коэффициент полезного действия передачи. h = 87%
Кзап – коэффициент запаса по мощности, принимаем равным Кзап = 1,1
тогда:
Пересчитываем расчетную мощность ПВ = 40% на ПВ = 100%
На рис 2. представлены скоростная и нагрузочная диаграммы механизма.
На рис 2. Скоростная и нагрузочная диаграммы механизма.
Выбор типа электродвигателя осуществляем исходя из условия минимума кинетической энергии. Для этого из справочника [1] выписываем электродвигатели с номинальной мощностью близкой к расчетной.
| № | Типоразмер | Рном, Вт | n, об/мин | J, кг * м3 | J n2 |
| 1 | 2ПН100МУХЛ4 | 1,2 | 2120 | 0,011 | 49438,4 |
| 2 | 2ПН100МУХЛ4 | 1,2 | 2200 | 0,011 | 53240 |
| 3 | 2ПН100LУХЛ4 | 1,1 | 1500 | 0,012 | 27000 |
| 4 | 2ПБ100МУХЛ4 | 1,2 | 3150 | 0,011 | 109147,5 |
| 5 | 2ПН112МУХЛ4 | 1,5 | 1500 | 0,015 | 18000 |
| 6 | 2ПН112LУХЛ4 | 1,25 | 1060 | 0,018 | 20224,8 |
| 7 | 2ПН112LУХЛ4 | 1,25 | 1000 | 0,018 | 18000,0 |
Выбираем электродвигатель типа 2ПН112LУХЛ4 со следующими номинальными данными:
| Uн, В | Рн, Вт | h, % | n, об | Ra, Ом | Rдп, Ом | l | La, мГн | Rв, Ом |
| 220 | 1250 | 68 | 1000 | 2,34 | 2,04 | 3 | 34 | 202 |
Номинальная скорость вращения двигателя:
Номинальный момент двигателя:
Радиус приведения рассчитывается по следующей формуле:
Передаточное число редуктора:
Из [2] выбираем двухступенчатый крановый редуктор типа Ц2-250 с передаточным числом j = 24,9 и частотой выходного вала 1000 об/мин.
Находим допустимое ускорение на валу двигателя:
где адоп – допустимое линейное ускорение механизма, адоп = 0,1м/с2.
Принимаем угловое ускорение равным 
Время разгона (торможения) электропривода рассчитываем по следующей формуле:
где 
- угловая скорость идеального холостого хода. рассчитывается по следующим формулам:
где С – конструктивная постоянная:
где Ен – ЭДС двигателя:
где Iан – номинальный ток якоря двигателя:
vunivere.ru
Повторно-кратковременный режим работы является наиболее распространенным в современных промышленных системах электроприводов. В данной статье мы постараемся рассмотреть его как можно детальней.
Идеализированный график повторно – кратковременного режима работы электропривода показан на рисунке ниже:
Данный режим характеризуется длительностью цикла работы, равного сумме паузы и времени работы tц = a + b, и коэффициентом относительной продолжительности включения, то есть отношением длительности работы к продолжительности цикла:
ГОСТ требует, чтобы длительность цикла повторно – кратковременного режима не превышала 10 минут, то есть tц < 10 мин. В противном случае это будет длительный режим. Тем же ГОСТ устанавливается и следующие значения коэффициента относительной продолжительности включения: ПВ% = 15%, 25% и 40%.
Процесс установления температуры изображен на рисунке ниже:
Из графика заметно, что температура обмоток электрической машины изменяется по отрезкам экспоненциальных кривых и достигает установившихся колебаний со сравнительно не большими амплитудами. Благодаря охлаждению обмоток во время пауз наибольшая температура τ/макс будет меньше τмакс, которая бы имела место при длительной работе с потерями повторно-кратковременного режима Qпк. Температура перегрева τ/макс соответствует потерям длительного режима работы Qɷ, так как τ/макс = Qɷ / А. Потерям Qпк соответствует повышение температуры τ/макс = Qпк / А. Таким образом, электродвигатель длительного режима за счет наличия охлаждения во время пауз может работать в повторно – кратковременном режиме с коэффициентом термической перегрузки равным:
Выясним факторы, определяющие коэффициент термической перегрузки. Для этого рассмотрим процесс нагрева в период работы и охлаждения во время паузы в установившемся режиме. Превышение температуры в конце рабочего участка будет равно:
Температура в конце паузы понизится до:
Следует иметь ввиду, что во время паузы, в случае ухудшения условий теплоотдачи во внешнюю среду, постоянная нагрева будет несколько больше, то есть Θ0>Θ. Подставив в выражение (1) значение τмин из выражения (2) получим:
Решая (3) относительно τ/макс, будем иметь:
Коэффициент термической перегрузки:
Преобразуем показатель степени у экспоненциальной функции числителя:
Выражение, стоящие в скобках, представляет обратную величину приведенного коэффициента относительной продолжительности включения. Под последним понимают:
Это коэффициент включения электродвигателя с учетом влияния ухудшенных условий охлаждения во время паузы. Здесь:
Используя значение ε/, выражению коэффициента термической перегрузки может быть придан вид:
Зависимости коэффициента термической перегрузки от ε/ при различных значениях отношений а/Θ приведена на рисунке ниже:
Из которого видно, что коэффициент термической перегрузки возрастает с уменьшением коэффициента относительной продолжительности включения и с уменьшением отношения времени работы к постоянной нагрева. Последнее объясняется тем, что при малой продолжительности работы повышение температуры будет невелико, за счет чего может быть повышен коэффициент перегрузки. Однако, перегрузка не должна превосходить значение, допустимые по электрическим свойствам электрической машины.
Условия работы электродвигателей в повторно-кратковременном режиме в тепловом отношении сильно разнятся от условий работы в длительном режиме. Например, в электрических машинах независимого возбуждения охлаждение обмотки возбуждения почти не зависит от того, вращается машина или нет и наоборот, условия охлаждения якоря будут сильно отличаться. При использовании для повторно-кратковременного режима работы электродвигателя постоянного тока предназначенного для длительного режима работы при полном использовании по нагреву обмотки коллектора и якоря обмотка возбуждения будет нагрета ниже допустимой температуры. Стремясь обеспечить максимально целесообразное использование изоляции всех элементов машины для повторно-кратковременного режима, конструируют специальные типы электрических машин.
Учитывая специфику работы – частые пуски и остановки, машины для повторно-кратковременной работы для сокращения длительности разгона и торможения и уменьшения потерь энергии конструируются с уменьшенным диаметром якоря или ротора и с увеличенной длиной последнего.
Мощность электродвигателя постоянного тока определяется машинной постоянной С, квадратом диаметра якоря, его длиной и скоростью вращения, то есть Р = CD2ln, а маховый момент ротора или якоря пропорционален четвертой степени диаметра якоря или ротора и первой степени длины последнего, то есть GD2 = kD4l. Поэтому для уменьшения запаса кинетической энергии целесообразно увеличивать длину двигателя и уменьшать диаметр якоря и скорость его вращения.
В соответствии со сказанным выше номинальная мощность одного и того же габарита электродвигателя определяется коэффициентом продолжительности включения – она уменьшается с увеличением продолжительности включения.
Основным режимом машин предназначенных для повторно-кратковременной работы имеют ПВ% = 25%. К этому режиму относятся приводимые в каталогах значение коэффициентов перегрузки.
Средняя температура за цикл работы определяется средними потерями за тот же отрезок времени.
При повторно-кратковременной работе температура нагрева машины будет колебаться вокруг средней температуры. При этом отклонение от средней температуры или тепловая перегрузка будет тем более, чем больше отношение длительности цикла к постоянной нагрева электродвигателя. При ограничении тепловой перегрузки величиною в 10%, как показывают расчеты, отношения длительности цикла к постоянной нагрева, то есть tц/Θ не должно превышать 0,2. Таким образом, требование ГОСТ ставит электродвигатели с малыми постоянными нагрева Θ < 50 мин. в заведомо более тяжелые условия, нежели крупные.
В практических расчетах даже при наличии совершенно регулярной работы график нагрузки в повторно-кратковременном режиме отличается от рассмотренного ранее идеализированного прямоугольного. Чаще приходится иметь дело с трехучастковым графиком, аналогичным изображенному на рисунке ниже:
Для выбора электродвигателя необходимо подобный многоступенчатый график нагрузки с помощью одного из методов эквивалентных величин (момента или тока) заменить идеализированным прямоугольным. При этом идеализированный график должен иметь такой же коэффициент включения, как и преобразуемый.
Эквивалентное значение тока идеализированного графике (смотри выше) будет равно:
В случае нерегулярного графика нагрузки в повторно-кратковременном режиме одноучастковый эквивалентный график подсчитывается для значительного отрезка времени работы:
Коэффициент продолжительности включения в данном случае определяют как сумму всех времен работы за длительный промежуток времени (несколько часов или смена), деленную на продолжительность этого промежутка:
Если продолжительность включения электрической машины совпадает с каталожной, то по каталогу выбирают необходимый габарит машины или, в случае отсутствия такового, ближайший больший. При отличии коэффициента продолжительности включения электрической машины от каталожных значений целесообразно воспользоваться графиком, построенным по данным каталога и дающим зависимости мощности или тока отдельных габаритов двигателей от продолжительности включения:
Пользуясь значениями мощности и коэффициента продолжительности включения, полученными из анализа работы электропривода, по кривым, приведенным на рисунке выше, находят габарит электродвигателя, наиболее близко подходящий к требуемым условиям. После этого, пользуясь номинальными данными выбранного двигателя (при ПВ% = 25%) производят проверку электродвигателя на перегрузку.
Кривые, аналогичные приведенным на рисунке выше, позволяют путем интерполяции проверить пригодность машины для работы при различных значениях ε. При необходимости повышения точности – переходят к аналитическим методам расчетов.
Основаниям подобного пересчета является сохранение одинакового значения установившейся температуры перегрева электродвигателя к конце цикла работы для различных значений ε1 и ε2. Повышение температуры при этих условиях будет определяться, с одной стороны, величиной потерь электрической машины, а с другой – продолжительностью работы в цикле, учитывающей различие условий охлаждения вращающегося и неподвижного электродвигателя, то есть:
Где:
Выразим в (9) общие потери через постоянные и переменные и введем значения ε/1 и ε/2:
Здесь за исходный номинальный принят режим с ε1, а ξ представляет собой отношение токов в режиме ε2 к току в режиме ε1, то есть:
В выражение (10) введем коэффициент постоянных потерь:
Числители и знаменатели дробей обеих частей равенства разделим на длительность цикла:
Очевидно, что:
Тогда:
Обозначая отношение постоянных нагрева:
И вводя его в уравнение получим:
Решая полученное выражение относительно ξ, получим:
С помощью коэффициента ξ по известному значению I1, соответствующему каталожному значению ε1, может быть определен ток электродвигателя, работающего с ε2 с учетом постоянных потерь электрической машины и ухудшенных условий охлаждения во время пауз.
Таким образом, может быть проверена пригодность предварительно выбранной машины для реальных условий.
Для упрощения (12) сделаем следующее – объединим члены, содержащие коэффициент γ, все члены, стоящие под корнем, приведем к общему знаменателю, в числитель прибавим и вычтем ε2 и проведем необходимые упрощения. На выходе получим:
Но стоит отметить, что довольно часто используют упрощенные формулы. Например, не учитывают влияние изменений постоянной нагрева электрической машины при стоянке, то есть полагают, что k = 1. Тогда уравнение (12) примет вид:
Эта формула дает преуменьшенные значения мощности при больших ε. Так, например, в случае когда γ = 1 при перерасчете мощности электрической машины с режима ε1 = 0,25 на режим ε2 = 0,5 получается, что ε = 0, то есть электродвигатель при таких условиях может работать только вхолостую. Последнее не соответствует действительности.
Дальнейшим упрощение является пренебрежение постоянными потерями электродвигателя, то есть допущение γ = 0. В этом случае выражение (14) приобретет вид:
Для оценки влияния коэффициентов kτ и γ на величину ξ – допустимую степень нагрузки двигателя при переходе от одной продолжительности включения к другой на рисунке ниже приведены результаты подсчетов по формуле (12) или (13).
За исходную продолжительность включения принято ε1 = 0,25. Приведенное семейство кривых соответствует значениям коэффициентов kτ = 1, 2 и 4 и γ = 0,4; 0,7; и 1,0.
Рассмотрение приведенного выше графика показывает, что результаты расчета по формуле (15) при пренебрежении постоянными потерями и изменением коэффициента kτ, то есть при γ = 0 и kτ = 1, весьма близко совпадают с кривой, соответствующей случаю kτ =4 и γ = 0,7. Это совпадение в известной мере может оправдать сравнительно широкое применение упрощенной формулы (15).
Значения коэффициента kτ для электродвигателей с различными способами вентиляции могут приниматься:
Меньшие значения коэффициента соответствуют электродвигателям меньшей мощности.
Значение коэффициента γ для крановых машин даны при ε = 25%.
Отсутствие точных значений коэффициентов kτ и γ заставляет с известной осторожностью относиться к результатам, даваемым формулой (13). Поэтому был сделан ряд попыток создания эмпирических зависимостей, позволяющих производить подобные расчеты.
Порядок расчета мощности и выбора электрической машины, работающей в повторно-кратковременном режиме, следующий:
elenergi.ru
повторно-кратковременном режиме работы (S3)
Многоступенчатый график нагрузки, характеризующий повторно-кратковременный режим работы, показан на рис. 9.32. Такой или более сложный график (в частности, графики для режимов S4, S5) можно привести к эквивалентному одноступенчатому (т. е. к стандартному виду для режима S3), если воспользоваться формулой
В
общем случае график нагрузки может включатьучастки работы с расчетными угловыми скоростями, паузы, участки пуска и торможения. Такой график также можно привести к одноступенчатому с помощью формулы
где т — число рабочих участков в цикле; п — число пауз в цикле. Подобным же образом с использованием формул эквивалентных величин преобразуются к одноступенчатому графики тока и момента.
Как отмечалось, для режима S3 (с одноступенча-
Рис. 9.32. Многоступенчатый график нагрузки, характеризующий повторно-кратковременный режим работы.
тым графиком) характерно чередование рабочих периодов и пауз, причем длительности их таковы, что превышение температуры двигателя не достигает установившегося значения как в рабочий период, так и в течение паузы (рис. 9.33). Для достаточно удаленного от начала работы привода цикла колебания превышения температуры устанавливаются равными τу = τдоп и τ0. При равных постоянных времени нагрева и охлаждения, что может иметь место в случае независимой вентиляции двигателя, можно записать :
(9.111)
(9.112)
Подставляя значение τ0 из (9.112) в (9.111), получаем:
О
тсюда после несложных преобразований получим коэффициент тепловой перегрузки двигателя при работе его в продолжительном режиме с той же нагрузкой, что и в повторно-кратковременном с ПВ = ε:
(9.113)
где ε — относительная продолжительность включения, ε = = tp/( tp+ t0).
Рис. 9.33. Изменение температуры электродвигателя при регулярном графике повторно-кратковременного режима работы.
Расчет мощности двигателей, предназначенных для продолжительного режима работы, но используемых для повторно-кратковременной нагрузки с одноступенчатым графиком, производится на основании следующих соображений. Полное количество теплоты, которое будет отдаваться таким двигателем при номинальном превышении температуры за цикл, равно:
(9.114)
В период паузы, когда двигатель отключен, в нем потери отсутствуют, поэтому в рабочий период нагрузка его может быть увеличена по отношению к номинальной в продолжительном режиме. Постоянные потери в рабочие периоды не изменятся, а переменные потери возрастут до значения
где Iпр.ном — ток при продолжительном номинальном ре- жиме работы; Iпк — ток при повторно-кратковременном режиме.
С
редние потери, выделяющиеся в двигателе за цикл,равны:
(9.115)
В квазиустановившемся процессе при повторно-кратковременном режиме, когда превышение температуры достигнет тдоп, количество теплоты, выделяемое в двигателе, и количество теплоты, рассеиваемое в окружающую среду, равны, т.е. нужно приравнять (9.114) и (9.115)
или (9.116)
откуда
(9.117)
Полученный по (9.117) ток для продолжительного режима сопоставляется с номинальным током выбранного двигателя, и при условии, что Iпр.ном ≤ Iном двигатель проходит по нагреву.
Если пренебречь постоянными потерями и считать, что теплоотдача в неподвижном состоянии двигателя такая же, как и для номинальной угловой скорости (β = 1), то
(9.118)
Аналогичные формулы для расчета мощности двигателя получаются при задании графика нагрузки в виде М = = f(t) или P = f(t).
В случае сложного многоучасткового графика нагрузки для проверки двигателя, предназначенного для длительного режима работы, по нагреву и для его предварительного выбора обычно производят непосредственное преобразование заданного графика повторно-кратковременного режима к стандартному графику продолжительного режима, используя методы и формулы средних потерь и эквивалентных величин, как и в случае продолжительного режима с переменной нагрузкой, нос учетом времени пауз в знаменателях этих формул. При необходимости, когда режимы близки к режимам S4, S5 — при большом числе включений, торможений или при больших инерционных массах механизма, учитывают также и потери в переходных про-
ц
ессах. Например, формула (9.93а) средних потерь примет вид:
где Ап.п j — потери энергии в J-м переходном процессе, продолжающемся в течение времени tп.п j при среднем значении коэффициента ухудшения теплоотдачи βj; k — число переходных процессов в цикле.
Для повторно-кратковременного режима работы целесообразно применять специальные двигатели, обладающие значительной перегрузочной способностью и повышенным пусковым моментом, что позволяет максимально использовать их по нагреву. Такие двигатели выпускаются с нормируемой номинальной мощностью при определенной продолжительности включения и длительности цикла. При превышении нормированной длительности цикла расчет мощи ости двигателя ведется, как для продолжительного режима (в каталогах на некоторые из этих двигателей указывается номинальная мощность для продолжительного режима, но некоторые из таких двигателей не могут работать в продолжительном режиме даже на холостом ходу, перегреваясь из-за больших постоянных потерь).
Основным значением ПВ, на которое рассчитываются двигатели, является ПВ = 25 % (ε = 0,25) для старых серий и 40 % (ε = 0,4) для новых серий двигателей. В каталогах приводится номинальная мощность двигателя для различных значений ПВ.
Е
сли расчетная продолжительность включения е и требуемая (расчетная) мощность двигателя при одинаковом графике нагрузки отвечают стандартным значениям, то выбор мощности двигателя не составляет труда. Для отличающегося от стандартного ПВ двигатель в повторно-кратковременном режиме развивает другую мощность, которая может быть найдена исходя из того, что потери при искомой мощности, соответствующейε, должны быть равны потерям при номинальной мощности, например при P0.25 и ε = 0,25, т. е.
(9.119)
где ΔPυ0.25 — переменные потери в двигателе при P0.25.
Из (9.119) имеем:
(9.120)
где a0.25 — коэффициент постоянных потерь при нагрузке
P0.25, a0.25 = ΔPк / Δ Pυ0.25
П
риε > 0 25 Рε < P0.25; при ε < 0,25 Рε > P0.25. Без учета постоянных потерь формула (9.120) упростится и примет вид:
(9.121)
Из (9.121) можно заключить, что пересчет мощности с относительной продолжительностью включения ε, полученной из произвольного графика нагрузки (например, приведенного на рис. 9.32):
(9.122)
на стандартные значения может быть произведен по одному из следующих соотношений:
(9.123)
из этих значений выбирается то, где ε наиболее близко к стандартному значению ПВ. При большом различии между ε и стандартным ПВ следует пользоваться формулой (9.120).
Расчет мощности для повторно-кратковременного режима с частыми пусками и электрическим торможением (S5), когда пусковые и тормозные потери оказывают влияние на нагрев двигателя, производится аналогично предыдущему, т. е. методом непосредственного учета потерь в двигателе.
Если все потери выделяются в самом двигателе, как это имеет место, например, в асинхронном двигателе с коротко-замкнутым ротором при включении его в питающую сеть, то наблюдается интенсивный перегрев двигателя, лимитирующий допустимое число включений. Расчет мощности (проверка по нагреву) в этом случае сводится к определению допустимой частоты включений и сравнению ее с требуемой частотой включений.
studfiles.net
Расчет мощности и выбор двигателя для повторно-кратковременного режима просмотров - 565
Расчет мощности и выбор двигателя для кратковременной нагрузки
Двигатели для кратковременного режима работы электропривода выбирают по номинальной мощности, которая должна быть равна мощности нагрузки с учетом длительности работы. Стандартные допустимые значения двигателей, выпускаемых промышленностью для кратковременной работы, составляют 10, 30, 60, 90 мин. При отсутствии двигателей кратковременного режима работы можно устанавливать двигатели повторно-кратковременного режима. При этом продолжительность работы 30 мин соответствует ПВ = 15%, 60 мин соответствует ПВ = 25%, а 90 мин соответствует ПВ = 40%. В крайнем случае возможно применение двигателей для продолжительного режима работы с Рн< Р и последующей их проверкой на тепловой режим.
Для электропривода, работающего в повторно-кратковременном режиме, мощность двигателя рассчитывают методом средних потерь или эквивалентных величин. Первый метод более точный, но более трудоемкий. Удобнее пользоваться методом эквивалентных величин. Учитывая зависимость отзаданного графика нагрузки Р = f(t), М = f(t), I = f (t) определяют среднеквадратичные величины, которые называют эквивалентными.
Эквивалентная мощность представляет собой среднеквадратичную мощность нагрузочной диаграммы
(1.11)
где t1, t2,…, tк - промежутки времени, в которые мощность нагрузки соответственно равна Р1, Р2,…, Рк.
По каталогу для полученных значений РЭКВ и ПВ выбирают номинальную мощность двигателя из условия Рн ≥ РЭКВ.
В случае если задана диаграмма М = f(t), то эквивалентный момент
(1.12)
а эквивалентную мощность, при частоту вращения n,определяют по выражению
РЭКВ = МЭКВ·n/ 9550 (кВт). (1.13)
В случае если задана диаграмма I = f (t) , эквивалентный по нагреву ток
(1.14)
а мощность двигателя определяют по выражениям
РЭКВ = Uн·IЭКВ/η - для двигателя постоянного тока;
РЭКВ = 3Uн·IЭКВ·cosφ/η –
для фазных Uн и IЭКВ двигателя переменного тока.
Расчетное значение ПВр часто отличается от стандартных значений, в связи с этим либо округляют полученное значение ПВр до ближайшего стандартного, либо пересчитывают эквивалентную мощность по формуле
(1.15)
При работе наблюдаются кратковременные перегрузки, превышающие номинальную мощность двигателя. Οʜᴎ не оказывают существенного влияния на нагрев двигателей, но могут привести к неустойчивой работе или остановке. По этой причине двигатель крайне важно проверять на перегрузочную способность по выражению
Рm/Рн =kuMm/Mн, (1.16)
где Рm- наибольшая мощность в нагрузочной диаграмме; Mm/Mн - кратность максимального момента определяют по каталогу; коэффициент ku = 0,8 учитывает возможное снижение напряжения в сети. В случае если это условие не выполняется, то следует выбрать по каталогу двигатель большей мощности и вновь проверить его на перегрузочную способность.
oplib.ru
Формируемая) компетенция:
ПК 1.1. Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.
Цель работы:
1. Повторить теоретический материал.
2. Освоить построение пусковой диаграммы ДПТ ПВ.
3. Рассчитать и построить пусковую диаграмму ДПТ ПВ
Выполнив работу, Вы будете:
уметь:
- определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем;
- организовывать и выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования;
Материальное обеспечение:
калькулятор, конспект лекций, справочник
Задание:
1 Рассчитать и построить пусковую диаграмму ДПТ ПВ.
Краткие теоретические сведения:
Для ДПТ ПВ не представляется возможным выразить аналитически естественные механические характеристики. Это объясняется тем, что магнитный поток у этих двигателей непостоянен и зависит не только от тока последовательной обмотки, являющегося общим с якорем, но и магнитной системы, которая, насыщаясь, нарушает пропорциональность между током и потоком.
Для построения естественной механической характеристики ДПТ ПВ пользуются так называемыми универсальными характеристиками – зависимостями частоты вращения от тока и момента, выраженных в относительных единицах.
Назначение пусковых сопротивлений и схема их включения аналогичны с ДПТ НВ
Порядок выполнения работы:
1 Повторить теоретический материал.
2 По алгоритму рассчитать и построить пусковую диаграмму ДПТ ПВ. Исходные данные для расчетов приведены в таблице 8.
3 Ответить на вопросы.
Ход работы:
Пусковые сопротивления рассчитываются методом лучевой диаграммы:
Строят естественную механическую характеристику ДПТ ПВ (рис.8), используя таблицу 7. Значения в относительных единицах необходимо перевести в действительные по формулам:
Таблица 7 - Зависимость частоты вращения от тока якоря
  | 1.74 | 1.3 | 1.12 | 1.0 | 0.8 | 0.74 | 0.6 |
 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 3.0 |
Ток переключения Iпер, A
Пиковый ток Iпик, A
Сопротивление цепи на первой пусковой (искусственной) характеристике R1, Ом
Полное внутреннее сопротивление двигателя rДВ, Ом
Скорость в точке 5 (рис. 8)
где n1 – частота вращения двигателя в точке 1, образованной пересечением вертикали 1-3 с естественной механической характеристикой ДПТ ПВ (рис. 8)
Проведя прямые через точки 1 и 2; 4 и 5, находят точку их пересечения Д.
Проведя горизонталь 5 – 6, чертят луч 6 – Д, пересечение которого с вертикалью 1 – 3 даёт точку переключения 7 на второй искусственной характеристике (пусковой ступени) и т.д. (рис. 8).
По пусковой диаграмме определяют получившееся графически количество ступеней и далее рассчитывают столько сопротивлений, сколько получилось графически.
Сопротивление первой секции пускового реостата r1, Ом
Сопротивление второй секции r2, Ом
Если n7 оказалась выше чем n2, то надо увеличить Iпер (или уменьшить Iпик ) и произвести расчет вновь, если n7 ниже n2, то ток Iпернужно уменьшить (или увеличить Iпик).
Рисунок 8 - Пусковая диаграмма ДПТ ПВ
Форма представления результата:
Решение в тетради, ответы на вопросы:
1. Как изменяется жесткость механических характеристик ДПТ ПВ при увеличении нагрузки?
2. Почему естественная механическая характеристика ДПТ ПВ нелинейная?
3. Почему ДПТ ПВ нельзя включать без нагрузки?
4. Как изменяется момент двигателя при увеличении нагрузки?
5.Перечислить достоинства ДПТ ПВ по сравнению с ДПТ НВ.
6. Нарисовать схему двигателя с получившимся числом ступеней пускового реостата
Таблица 8 - Исходные данные для расчетов
infopedia.su
Расчет производится с целью объективной оценки электрической нагрузки строительной площадки. От правильной оценки зависит стоимость сетей электроснабжения строительной площадки, затраты на их сооружение, величина потерь электроэнергии и эксплуатационных расходов.
При этом если допущена ошибка в сторону уменьшения расчетных нагрузок, то это вызовет повышение потерь электроэнергии в сети, ускорит износ электрооборудования. При завышении расчетных электрических нагрузок возрастут капитальные затраты на сооружение сетей электроснабжения, будет неполно использоваться электрооборудование и линии электроснабжения.
В настоящее время для определения расчетных (ожидаемых) нагрузок применяют такие методы, как:
- метод установленной мощности и коэффициента спроса;
- метод упорядоченных диаграмм нагрузок;
- метод удельного расхода электроэнергии на единицу продукции, и др.
Одним из наиболее простых и достаточно распространенных является метод установленной мощности и коэффициента спроса.
Рассмотрим основные положения этого метода.
Под установленной мощностью электроприемника, работающего в продолжительном режиме (ПВ=1), понимают номинальную активную мощность Pн, указанную заводом-изготовителем в его паспорте:
Pу = Pн (кВт).
Если задана полная номинальная мощность, то номинальную активную мощность Pн можно рассчитать по формуле:
Pн = Sн×cosjн,
где Sн – номинальная полная мощность электроприемника, кВА; cosφн – его номинальный коэффициент мощности.
Здесь и далее под ПВ (продолжительностью включения) понимают отношение времени работы электроприемника tр к времени полного цикла tц, т. е.
ПВ = tр / tц.
Для определения установленной мощности электроприемника, работающего в поворотно-кратковременном режиме (ПВ<I) его номинальную мощность Pн’ приводят к номинальной мощности продолжительно режима Pн по формуле:
где Pн – паспортная номинальная активная мощность электроприемника, кВт; ПВп – паспортная продолжительность включения.
В результате анализа работы различных потребителей электроэнергии на строительстве установлено, что:
- строительные машины и механизмы, а, следовательно, и их электрооборудование, далеко не всегда загружается в процессе работы до своей номинальной мощности;
- группы однородных механизмов (краны, сварочные аппараты, насосы, компрессоры и т. д.) работают таким образом, что максимальные их нагрузки не совпадают по времени. Так, например, в какой-то момент времени один из башенных кранов стройплощадки поднимает груз максимальной массы, а другой в это время опускает свободный крюк и т. д.
Отсюда следует, что расчетная мощность Pр группы однородных потребителей электроэнергии, работающих с переменной нагрузкой, всегда меньше ее установленной мощности.
Для каждой группы однородных электроприемников выделяют поэтому определенное соотношение между величинами расчетной Pр и установленной Pу мощностями, которое называют коэффициентом спроса Kс
Kc = Pp / Py.
Этот коэффициент является статистической характеристикой объекта и определяется по справочным таблицам (см. Прил. 1).
Алгоритм расчета потребляемой стройплощадкой мощности по методу установленной мощности и коэффициента спроса следующий:
1. Все потребители электрической энергии разбиваются на группы однородных по режиму работы приемников.
2. Определяется величина расчетной активной мощности для каждой из групп потребителей. Если электродвигатели строительных машин и механизмов работают в продолжительном режиме (ПВ=I), расчет ведется по формуле:
(1)
где Кс – коэффициент спроса потребителей электроэнергии; Рн – установленная мощность отдельного электроприемника; n – число электроприемников данной группы.
Если электрические двигатели строительных механизмов и машин работают в повторно-кратковременном режиме (ПВ<I), то номинальная активная мощность каждого из них приводится к длительному режиму работы по формуле:
(2)
где Рн – номинальная активная мощность электроприемника, указаная в паспорте, при паспортной продолжительности включения ПВп.
Для сварочных машин и трансформаторов активная номинальная мощность рассчитывается по формуле:
Pн = Sн×cosjн, (3)
где Sн – номинальная полная мощность электроприемника, указанная в паспорте, cosφн – его паспортный коэффициент мощности.
3. Определяется расчетная активная мощность всей стройплощадки как сумма расчетных активных мощностей отдельных групп электроприемников по формуле:
(4)
где m – число приемников электрической энергии.
4. Определяются реактивные расчетные мощности для каждой из групп потребителей электроэнергии по формуле:
Qр = Pр×tgj, (5)
где φ – угол фазового сдвига.
5. Определяется расчетная реактивная мощность всей строительной площадки как сумма расчетных реактивных мощностей отдельных групп электроприемников по формуле:
(6)
6. Определяется расчетная полная мощность всей стройплощадки по формуле:
(7)
7. Определяется коэффициент мощности стройплощадки cosφ по формуле:
cosφ = P/S. (8)
8. Расчетные мощности уточняются с учетом несовпадения во времени максимумов нагрузки отдельных групп потребителей. Это несовпадение оценивается коэффициентом участия в максимуме нагрузки Km, принимаемым равным 0,8-0,9.
Таким образом, окончательные значения расчетных мощностей вычисляются по формулам:
Pрасч = Km×P; (9)
Qрасч = Km×Q; (10)
(11)
Полученные значения используются при выборе трансформаторов понижающей трансформаторной подстанции, подающей электроэнергию на стройплощадку.
Пример 1. Определить расчетные активную, реактивную и полную мощности, потребляемые строительной площадкой, согласно данным, приведенным в табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные для расчета мощностей
| Задано | Определено из Прил. 1 | ||||
| Наименования групп электроприемников | Суммарная установленная мощность Рн, кВт | cosφ | ПВ | Коэффициент спроса Kс | |
| БК | Башенный кран | 0,5 | 0,25 | 0,3 | |
| БСО | Вибраторы (ВБ) Растворонасосы (РН) Компрессоры (К) | 8,2 6,2 | 0,5 0,8 0,8 | 0,25 1,0 1,0 | 0,25 0,7 0,8 |
| СК | Ручной электроинструмент (РИ) Сварочные трансформаторы (СТ) | 4,4 = 64,0 кВА | 0,4 0,4 | 0,4 0,6 | 0,25 0,3 |
Примечание. БК – башенный кран; БСО – бетоносмесительное отделение; СК – строящийся корпус.
1. Определяем величины активных расчетных мощностей отдельных групп электроприемников по формулам (1), (2), (3):
- для башенного крана:
- для вибраторов:
- для растворнасосов:
- для компрессоров:
- для ручного электроинструмента:
- для сварочных трансформаторов:
2. Определяем величину активной расчетной мощности всей строительной площадки по формуле (4):
3. Определяем величины реактивных расчетных мощностей отдельных групп электроприемников по формуле (5):
- для башенного крана:
- для вибраторов:
- для растворнасосов:
- для компрессоров:
- для ручного электроинструмента:
- для сварочных трансформаторов:
4. Определяем величину реактивной расчетной мощности всей строительной площадки по формуле (6):
5. Определяем расчетную полную мощность и cosφ всей строительной площадки по формулам (7) и (8):
6. Уточняем величины расчетных мощностей с учетом коэффициента участия в максимуме нагрузки Kм, который принимаем равным 0,85 по формулам (9), (10), (11):
или
Таким образом, полная расчетная мощность всей строительной площадки Sрасч = 70,2 кВА; исходя из этого значения можно выбрать мощность трансформатора понижающей трансформаторной подстанции (подробнее см. Раздел 3).
Читайте также:
lektsia.com
эквивалентная мощность за время
.
,
,
