13.5. Вибір електродвигуна

Вибір двигуна при проектуванні ЕП є важливим етапом. Ніякі елементи системи керування або зворотних зв'язків не здатні забезпечити необхідні обер­тові моменти, потрібні швидкості і прискорення механізму, якщо двигун, осно­вний силовий вузол привода не створює для цього умов.

Правильний вибір двигуна визначається як економічними, так і технічни­ми вимогами до його параметрів і показників. Насамперед, при виборі віддають перевагу найбільш простим, дешевим і надійним двигунам - асинхронним і синхронним. Якщо ці машини не можуть задовольнити технічним вимогам, ви­бирають двигуни постійного струму.

До вимог, що ставляться до параметрів двигуна, належать: номінальна напру­га, що відповідає напрузі мережі; потужність, що забезпечує подолання моментів опору при необхідних швидкостях і прискореннях; перевантажувальна здатність, що забезпечує роботу привода при короткочасних навантаженнях; діапазон зміни швидкості при регулюванні, що відповідає вимогам технологічного процесу та ін.

Найбільш істотним параметром, за яким вибирають двигун, є потужність. Машина вважається обраною правильно за потужністю, якщо вона виконує не­обхідні функції і не перегрівається. Розглянемо фізичний зміст вибору двигуна за потужністю.

Істотною частиною конструкції будь-якої електричної машини є ізоляційні матеріали, які мають фізико-хімічні властивості, що дозволяють ізолювати окре­мі провідники обмоток один від одного. Якщо ізоляційні матеріали втрачають свої властивості, відбувається закорочення окремих ділянок обмоток, і машина виходить з ладу. Ізоляційні матеріали втрачають свої діелектричні властивості, якщо їхня температура виявляється вище за гранично припустимою температу­ру. Здатність матеріалів зберігати свої властивості при гранично припустимій температурі називається нагрівостійкістю.

Якщо в процесі роботи двигуна з ізоляцією відповідного класу нагрівостійкості температура його нагрівання виявиться меншою (або рівною) гранично припустимої температури цього класу, двигун буде працювати в нормальних умовах. Якщо ж тем­пература двигуна виявиться вище гранично припустимої, ізоляція починає втрачати свої діелектричні властивості і виходити з ладу.

Після підключення електричної машини до джерела живлення її обмотками проходить струм, перемагнічується сталь і відбуваються інші фізичні процеси, в ре­зультаті яких частина електричної і механічної енергії, що називається втратами АР, перетворюється на теплову. Певна кількість теплової енергії віддається до на­вколишнього середовища, а інша витрачається на нагрівання двигуна.

На перший момент часу після підключення до джерела живлення двигун інтенсивно нагрівається, потім цей процес уповільнюється. Нарешті наступає період, коли зміна температури двигуна г практично не відбувається (рис.13.5).

Слід зазначити, що коли мова йде про нагрівання або охолодження елект­ричних машин, то звичайно замість дійсної температури користуються віднос­ною величиною, перевищенням температури т, що представляє різницю те­мператур машини і навколишнього середовища.

З деяким допущенням характерис-
тика нагрівання електричної ма-
шини має вигляд експоненти
—^      (рис. 13.5). Як видно з рисунка, пере-

вищення температури т наближаєть-
/           ся до максимального значення т=ет.

Електрична машина не перегрівається протягом трива-

менше (або дорівнює) припус-
Рис. 13.5 - Характеристика нагрівання      тимого тприп для класу ізоляції

двигуна          машини: тст < Тприп.

Дотепер розглядався випадок, коли момент навантаження, а отже, і поту­жність, що розвивається двигуном, не змінюються в часі. Якщо ці величини

збільшити, зросте стале перевищення температури двигуна, оскільки збіль­шаться струми, що проходять по обмотках, отже зростуть втрати.

У випадках, коли момент навантаження перевищує припустимі для двигуна значення, збільшується потужність, споживана двигуном, і, в результаті збільшення втрат у двигуні, тст може перевищити тприп і двигун почне перегріватися. Межею збільшення навантаження є номінальна потужність двигуна, тобто якщо в процесі роботи двигун розвиває потужність, яка не перевищує номінальної, то завод-виготовлювач гарантує його нормальну роботу без перегріву.

При навантаженні двигуна можна орієнтуватися також на номінальний струм і номінальний момент двигуна. Струм і момент двигуна не повинні пе­ревищувати його номінальних значень. Це справедливо, якщо температура на­вколишнього середовища відповідає 40°С. Саме на таку температуру навколи­шнього середовища орієнтуються при теплових розрахунках двигуна в процесі його конструювання.

При постійному навантаженні для вибору електродвигуна досить визна­чити потужність на валу виробничого механізму і вибрати за каталогом двигун тієї ж номінальної потужності або найближчої більшої.

При змінному навантаженні вибір двигуна ускладнюється. В цьому випа­дку використовують навантажувальну діаграму, яка визначає графічну зале­жність потужності опору робочого механізму від часу, а також навантажува­льні діаграми потужності, втрати потужності і струму двигуна. Вибір двигуна полягає в наступному. Відому з навантажувальної діаграми змінну потужність Р(і) механізму (рис. 13.6) замінюють постійною середньою потужністю, обчи­сленою за цикл іц за формулою

Рсер = 1 1 і, + \+...+іб 6 6 (13.20)

Потім Рсер множать на коефіцієнт запасу k3= 1,14 ^1,3; Р'сер = Рсер k3. Далі за Р'сер вибирають двигун, будують для нього одну з навантажувальних діаграм і виконують перевірочний розрахунок.

Для більш точного вибору двигуна використовують метод середніх втрат. Для цього методу беруть діаграму потужності двигуна, що відрізняєть­ся від навантажувальної діаграми потужності виробничого механізму появою динамічного моменту при зміні швидкості привода. Дійсно, у перехідних ре­жимах потужність двигуна витрачається не тільки на подолання статичного моменту опору, але і на подолання динамічного моменту.

Звичайно цією відмінністю знехтують, а для методу середніх втрат вико­ристовують діаграму виробничого механізму. Спочатку для кожної ділянки на­вантажувальної діаграми з постійною потужністю за допомогою характеристи­ки ККД п(Р) визначають втрати двигуна АР, а потім середні втрати для всієї на­вантажувальної діаграми за виразом

ДР =АР ^ І1 +DP2 ^ І2 + ... + DP6 ^ І6 (1321)

ср        І1 + І2 + ... + І6 '

де АР1 ^ АР6 - втрати на ділянках 1 ^ 6 діаграми; і1 ^ і6 - час ділянок 1 ^ 6 діаг­рами (рис.13.6).

Далі визначають номінальні втрати АРном за номінальною потужністю двигуна і пном у номінальному режимі і порівнюють значення АРном і АРсер. Як­що АРном > АРсер, вважають, що тст < тприп, і двигун обраний правильно. Якщо АРном < АРсер, необхідно вибрати з каталогу наступний двигун найближчої бі­льшої потужності і повторити розрахунок.

Також використовують менш точні, але більш прості методи еквівален­тних величин: струму, моменту і потужності.

Отримані значення еквівалентних величин порівнюють з відповідними номінальними значеннями. Якщо вони виявляється не менше еквівалентних, двигун за потужністю обраний правильно.

Необхідно пам'ятати, що правильно обраний двигун за потужністю може бути непридатним для використання у приводі, якщо його перевантажувальна здатність незадовільна.

Перевірку двигуна за припустимим перевантаженням у методі еквівален­тного струму виконують за виразом

1шах/1ном < , (13.25)

де Jmax - максимальне значення струму при змінному навантаженні; Х{ - припус­тимий коефіцієнт перевантаження двигуна за струмом (для двигунів постійного струму загального призначення Х{ =

Якщо умова (13.25) не виконується, необхідно вибрати за каталогом на­ступний двигун більшої потужності і перевірити його тільки за перевантажува­льною здатністю.

При виборі асинхронного двигуна необхідно перевірити, щоб його максимальний момент був більшим за найбільший момент навантажувальної діаграми.

Для двигунів постійного струму незалежного або паралельного збуджен­ня, а також асинхронних і синхронних може бути застосований кожний з роз­глянутих методів.

Для двигунів постійного струму послідовного і змішаного збудження придатний тільки метод середніх втрат і метод еквівалентного струму.

Ми розглянули вибір двигуна при тривалому режимі роботи, коли те­мпература двигуна встигає досягти сталого значення. Але двигун може також працювати у короткочасному режимі, коли за робочий період він не встигає нагрітися до сталого значення, а за час відключення встигає охолонути до те­мператури навколишнього середовища.

У короткочасному режимі двигун необхідно навантажувати потужністю вище за номінальну, щоб він був повністю використаний за нагрівом. Максимальне дозу­вання навантаження здійснюють з умови тшах < тприп. Двигуни загального призначен­ня використовувати в короткочасному режимі недоцільно, тому що вони мають не­високу перевантажувальну здатність і вимагають завищеної потужності. Для корот­кочасних режимів промисловість випускає спеціальні двигуни з підвищеною перева­нтажною здатністю і вказівкою номінальної нормованої тривалості роботи (10, 30, 60 і 90 хв). Вибір двигуна здійснюють так само, як і в тривалому режимі, використо­вуючи номінальні дані, що відповідають дійсному часу роботи. Якщо час роботи від­різняється від нормованого, реальні параметри двигуна (потужність, струм, момент) зводять до найближчого обраного нормованого часу.

Існує ще один режим роботи двигуна - повторно-короткочасний, при якому робочі періоди (ір) чергуються з паузами (іп); причому в робочий період двигун не встигає нагрітися до сталої температури, а в період паузи - охоло­нути до температури навколишнього середовища.

Повторно-короткочасний режим характеризується відносною триваліс­тю включення, що визначається як

Для повторно-короткочасного режиму так само, як і для короткочасного, випу­скають спеціальні двигуни з підвищеними пусковими моментами. Нормована віднос­на тривалість включення таких двигунів 15, 25, 40, 60%. При цьому враховується, що

час циклу не перевищує 10 хв, у противному випадку режим вважають тривалим. У каталогах для двигунів повторно-короткочасного режиму вказують їхні номінальні дані для кожного нормованого (стандартного) значення ПВст. Вибір двигуна викону­ють так само, як і для тривалого режиму, використовуючи номінальні дані для відпо­відного значення ПВст. Якщо дійсна тривалість включення (ПВ) відрізняється від ста­ндартної (ПВст), двигун вибирають за номінальними даними, відповідними найближ­чому ПВст. При цьому реальні параметри двигуна (потужність, струм, момент) приво­дять до обраного значення ПВст.

Висновки

Основними вузлами ЕП є електричний двигун, передатний пристрій, пристрій керування, перетворювач і робочий орган.

Керування ЕП здійснюється шляхом впливу на перетворювач і елект­родвигун керуючих сигналів, вироблених пристроєм керування.

За видом регулювання ЕП поділяють на нерегульовані, регульовані, стежачі, програмно-керовані і адаптивні.

Основним завданням ЕП є виконання заданих технологічними вимога­ми законів руху робочого органа.

Основним режимом роботи ЕП є сталий режим.

При виборі електродвигуна для ЕП необхідна відповідність його меха­нічної характеристики механічній характеристиці виробничого механізму.

Розрізняють чотири категорії механічних характеристик електро­двигунів: абсолютно жорсткі, жорсткі, м'які і абсолютно м'які.

Електропривод вважається статично стійким, коли при збільшенні або зменшенні кутової швидкості момент двигуна має значення, що призводить до відновлення попередньої величини кутової швидкості. Робота ЕП у сталому режимі стійка, якщо жорсткість механічної характеристики двигуна від'ємна.

Вибір електродвигуна для ЕП здійснюється за його потужністю і умо­вою нагрівостійкості.

Залежно від характеру зміни нагрівання електродвигуна в процесі ро­боти розрізняють короткочасний, повторно-короткочасний і тривалий режими роботи.

Запитання для самоперевірки

Дайте визначення електричного привода. Назвіть його основні елементи.

Як класифікують системи електроприводів?

Як визначають передатне відношення передатного механізму?

Що таке статичний момент? Від чого він залежить?

Охарактеризуйте поняття «приведений момент інерції» і «динамічний момент».

Для чого виконують зведення моментів до однієї осі двигуна?

Як записується рівняння руху ЕП?

Від чого залежать режими роботи ЕП?

9.         Від чого залежить час перехідного режиму ЕП?

Охарактеризуйте поняття жорсткості механічної характеристики. Як класифікують механічні характеристики за жорсткістю?

Дайте визначення статичної стійкості електропривода.

Від чого залежить нагрівання електричного двигуна?

Які можливі режими роботи електродвигунів і за яких умов вибира­ють їхню потужність?

Як обирають потужність двигуна для режиму тривалого постійного навантаження?

Як обирають двигун за методом середніх втрат?

У чому сутність методу еквівалентного струму і галузь його застосу­вання?

17.       У чому сутність і галузь застосування методу еквівалентного моменту?

Як обирають двигун за методом еквівалентної потужності?

У якому випадку режим роботи двигуна вважають тривалим?

Який режим називають повторно-короткочасним, як при цьому визна­чають відносну тривалість включення?

21.       Як обирають потужність двигуна для повторно-короткочасного режиму?

22.       Який режим називають короткочасним?


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я