Расчет мощности двигателя для продолжительного режима
Расчет мощности двигателя для продолжительного режима - раздел История, Основные сведения. История развития ЭП Выбор Конкретного Типоразмера Двигателя Ведется На Основании Технических Треб...
Выбор конкретного типоразмера двигателя ведется на основании технических требований к электродвигателю: расчетной мощности, требуемой частоты вращения, режима работы, допустимых значений воздействия внешней температуры и влажности, вибрационных и ударных воздействий, климатических факторов, места размещения двигателя при эксплуатации и других возможных факторов.
По указанным таблицам из ряда типоразмеров двигателей принятой серии выбирают типоразмер двигателя ближайшей большей номинальной мощности по отношению к рассчитанному значению, учитывающему режим работы электропривода.
Завышение требуемой мощности двигателя ведет к ухудшению его энергетических показателей (КПД и коэффициента мощности) и, как следствие, к увеличению непроизводительных потерь энергии и удорожанию эксплуатации двигателя. При этом также возрастают капитальные затраты.
Если же допустить занижение требуемой мощности двигателя, то его работа будет сопровождаться чрезмерным перегревом, что приведет к его преждевременному выходу из строя, непредвиденной остановке рабочего механизма, дополнительным расходам на ремонт или замену двигателя. Для обеспечения надежной работы двигателя необходимо также, чтобы перегрузочная способность и начальная
величина пускового момента выбранного типоразмера двигателя соответствовали предъявляемым требованиям.
Значительный опыт расчета требуемой мощности двигателя позволил создать общепринятую методику подобных расчетов для различных номинальных режимов работы двигателей.
1. Нагрузка продолжительная неизменная (см. рис. 5.11, а). Расчетная мощность двигателя определяется по (5.17). Затем по каталогу на предварительно выбранную серию двигателей определяют типоразмер двигателя с большим ближайшим значением номинальной мощности Pном требуемой частоты вращения nном.
При тяжелых условиях пуска и возможных перегрузках выбранный двигатель следует проверить на достаточность начального пускового момента и перегрузочную способность. Проверка двигателя на нагрев не требуется, поскольку нагрузка двигателя не превышает номинального значения, на которое проектировался двигатель, а следовательно, и нагрев двигателя не должен превышать допустимые значения.
Рисунок 5.11 - Нагрузочные диаграммы для длительного режима работы:
а – с постоянной нагрузкой, б – с переменной нагрузкой
2. Нагрузка продолжительная переменная (см. рис. 5.11, б). Расчет номинальной мощности двигателя выполняют либо методом средних потерь, либо методом эквивалентных величин (мощности, момента или тока).
Метод средних потерь. Используя нагрузочную диаграмму, определяют среднее значение мощности, кВт,
, (5.18)
где
;
.
Мощность на участках Px с продолжительностью tx задается нагрузочной диаграммой. Затем, используя полученное среднее значение мощности, по каталогу выбирают предварительную номинальную мощность двигателя, кВт,
, (5.19)
и определяют соответствующие этой мощности значение КПД для предварительно выбранного двигателя, а затем рассчитывают потери при номинальной нагрузке, кВт,
, (5.20)
Определяют потери на участках нагрузочной диаграммы P1P2 ... PN:
, (5.21)
Если в каталоге или справочнике на выбранный типоразмер двигателя приведены график или таблица зависимости КПД от нагрузки, то определение для разных значений мощности Px не составляет труда. Если же таких данных нет, то полные потери для разных значений коэффициента нагрузки по току
,
с некоторым приближением можно определить на участках нагрузочной диаграммы по формуле:
, (5.22)
где — отношение постоянных потерь к переменным :
. (5.23)
Приблизительные значения для различных двигателей:
Асинхронные двигатели общего назначения с короткозамкнутым ротором ……0,5 — 0,7
Асинхронные двигатели крановые:
с короткозамкнутым ротором …………………………………………………0,4 — 0,5
с фазным ротором ……………………………………………………………………0,6 — 0,9
Двигатели постоянного тока независимого возбуждения …………………………0,5 — 0,9
Двигатели постоянного тока крановые ………………………………………………1,0—1,5
Здесь большие значения соответствуют двигателям большей мощности.
Затем в соответствии с нагрузочной диаграммой определяют средние потери двигателя, кВт,
, (5.24)
где
. (5.25)
Полученное значение должно быть не больше номинальных потерь предварительно выбранного двигателя . В этом случае предварительно выбранный типоразмер принимают за окончательный. Если же оказалось, что , то по таблице технических данных этой же серии двигателей выбирают двигатель смежного типоразмера большей мощности и повторяют расчет. Окончательно выбранный типоразмер двигателя следует проверить на величину начального пускового момента и перегрузочную способность. Поскольку в принятом типоразмере средние потери не превышают величину номинальных потерь, проверки двигателя на нагрев не требуется.
Следует отметить, что выбор мощности двигателя по участку нагрузочной диаграммы с наибольшим значением мощности (участок P4 = 17 кВт, по каталогу ближайшее значение Pном = 18,5 кВт) был бы ошибочным, так как это привело бы к значительному недоиспользованию двигателя по мощности, а следовательно, вызвало бы увеличение капитальных затрат на электропривод и снижение его экономических показателей (КПД, и коэффициента мощности).
Метод средних потерь универсален и применим для всех режимов работы двигателей. Он является более точным по сравнению с методом эквивалентных величин, хотя и более трудоемок.
Метод эквивалентных величин. Эквивалентными считают такие условные значения тока, момента или мощности, при которых величина потерь в двигателе, работающем в продолжительном режиме с неизменной нагрузкой, равна потерям мощности при его работе в реальных условиях продолжительного режима с переменной нагрузкой.
Рассмотрим сначала метод эквивалентного тока, который основан на замене изменяющегося во времени тока нагрузки двигателя неизменным эквивалентным током,
. (5.26)
Так как эквивалентный ток создает в двигателе такие же потери, что и фактические токи нагрузки, это дает основание по каталогу выбрать типоразмер двигателя, номинальный ток которого равен или несколько больше эквивалентного тока. Выбранный типоразмер двигателя следует проверить по перегрузочной способности и на величину пускового момента.
Метод эквивалентного тока применим лишь при постоянстве мощности магнитных и механических потерь, а также постоянстве сопротивления обмоток в течение всего рабочего цикла. Такому условию, например, не удовлетворяют двигатели последовательного возбуждения, у которых при изменениях нагрузки в значительной степени меняются основной магнитный поток и частота вращения, а следовательно, изменяются магнитные и механические потери.
Более универсальным является метод эквивалентного момента
. (5.27)
Наиболее простым является метод эквивалентной мощности, когда расчет эквивалентной мощности ведется непосредственно по нагрузочной диаграмме
. (5.28)
Метод эквивалентной мощности может быть успешно применен для двигателей постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения и асинхронных двигателей, работающих на естественной механической характеристике, а также синхронных двигателей.
Расчет требуемой мощности двигателя методом эквивалентных величин менее трудоемок по сравнению с методом средних потерь, но уступает ему в точности.
Общая структура электропривода
Нельзя представить себе ни одного современного производственного механизма, в любой области техники, который не приводился бы в действие автоматизированным электроприводом. В электроприводе основ
Требования к электроприводу
Сформулируем общие требования к ЭП, как к системе, ответственной за управляемое электромеханическое преобразование энергии, т.е. определим главные показатели, которые характеризуют ЭП.
1.
Состав механической части электропривода
Обычно двигатель приводит в действие производственный механизм через систему передач, отдельные элементы которой движутся с различными скоростями. Часто в рабочих механизмах один из элементов сове
Статическая устойчивость ЭП
Механические характеристики двигателей и производственных механизмов должны подбираться так, чтобы обеспечивать устойчивую работу привода в установившемся режиме.
В статически устой
Переходные режимы работы ЭП
Переходным режимом электропривода называют режим работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, момент и ток.
Причинами возникновения перех
Время ускорения и замедления привода
Поскольку периоды разгона и торможения ЭП обычно снижают эффективность работы механизма, их стремятся сокращать. Особенно важно такое сокращение для приводов механизмов, работающих с частыми пускам
Основные уравнения для ДПТНВ
Напряжение, подводимое к якорной цепи двигателя, в установившемся режиме уравновешивается падением напряжения на сопротивлениях цепи якоря и противо э.д.с. якоря, которая наводится в обмотке якор
Построение механической характеристики
Естественная механическая и скоростная характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеют вид прямых, пересекающих ось ординат, поэтому они могут быть построены по двум точкам
Построение динамических характеристик
При скорости идеального холостого хода, когда ток в якорной цепи равен нулю, ЭДС якоря, направленная навстречу приложенному
Рисунок 3.3 - Динамическая харак
Уравнение характеристик двигателя в относительных единицах
Для сравнения характеристик двигателей различной мощности удобно представить характеристики двигателя в относительных единицах. При этом принимаются следующие базисные величины:
Uб
Основные показатели регулирования угловой скорости электроприводов
Регулированием скорости называется принудительное изменение скорости электропривода в зависимости от требований технологического процесса. Понятие регулирования скорости не следует смешивать с ест
Регулирование скорости ДПТ НВ
Из уравнения скоростной или механической характеристик, вытекает, что возможны три способа регулирования угловой скорости двигателя
1) Изменением напряжения на якоре
2) Изменение
Динамическое торможение
Происходит при отключении якоря двигателя от сети и замыкании его на резистор, поэтому иногда его называют реостатным торможением. Обмотка возбуждения при этом должна оставаться присоединенной к
Торможение противовключением
(Генераторный режим работы последовательно с сетью)
3.10.3.1 За счёт изменения полярности приложенного напряжения
Изменение направления вращения
Построение характеристик
Для получения общего характера зависимостей можно воспользоваться кусочно- линейной апроксимацией кривой намагничивания двигателя Ф*=f(Iя*).
Первый участок I
Виды схем замещения
Математическое описание физических процессов в асинхронном двигателе в установившихся процессах выполняют на основе эквивалентных схем замещения. Это делают для одной фазы (ввиду симметричности обм
Установившиеся процессы АД на основе Г-образной схемы замещения.
Упрощенная схема замещения одной фазы асинхронного двигателя приведена на рисунке 4.2, где в обозначениях коэффициенты с индексом 1 относятся к обмотке статора (первичной цепи), а с индексом 2 – к
Вывод уравнения механической характеристики
Электромеханической характеристикой АД называют зависимость между угловой скоростью ротора ω (или скольжением) и током статора I1 или током ротора I’
Схемы динамического торможения асинхронного двигателя
На рис. 4.7, а-е представлены различные схемы включения обмоток статора при питании их от источника постоянного тока. В схемах на рис. 4.7, д, е нагрузка всех фаз обмотки статора равномерна, однако
Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором
Для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором нужно принять меры для увеличения пускового момента и снижения пусковых токов. С этой целью в цепь ротора включают добавочное активное сопротивлени
Расчет и построение пусковых характеристик
Для расчета пусковых характеристик нужно задаться значениями момента , при котором происходит переключение ступеней пускового реостата о.е.
Пусковые значения момента , (см. рис. 4.13) нахо
Реостатное регулирование скорости по цепи ротора
Реостатный способ пуска заключается во введении резисторов для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (АДсКЗ) в цепь статора, а для асинхронных двигателей с фазным ротором – в цепь ротор
Реостатное регулирование по цепи статора
Допустимый момент асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при реостатном регулировании по цепи статора резко падает (как это показано штриховой линией на рис. 4.17, б), так как зна
Общие принципы
Если регулировать напряжение, подводимое к трем фазам статора асинхронного двигателя, то можно, отвлекаясь от влияния параметров регулирующего устройства на характеристики двигателя, изменять макс
Регулирование скорости изменением напряжения АД с фазным ротором
Лучшее использование двигателя и более благоприятные характеристики могут быть получены, если применить двигатель с фазным ротором, в роторную цепь его включить дополнительный нерегулируемый резис
Импульсное изменение напряжения
Для регулирования напряжения используются как тиристорные регуляторы напряжения с фазовым управлением, так и реакторы насыщения, автотрансформаторы и импульсные, например тиристорные или контактны
Общие принципы
Из выражения для угловой скорости асинхронного двигателя:
(4.28)
следует, что угловую скорость можно регулировать, изменяя число пар полюсов
Механические характеристики при регулировании
Переключение обмоток статора по схемам, изображенным на рис. 4.23, г и д, дает возможность получить момент, вдвое больший при двойном числе полюсов по сравнению с одинарным. Это озна
Особенности регулирования
Практически диапазон регулирования не превышает 6:1 (3000 : 500 об/мин).
Направление регулирования при этом способе является условным и зависит от того, при каком числе полюсов угловая ск
Каскадные схемы
Параметрические способы регулирования скорости АД (кроме изменения числа пар полюсов) имеют низкие энергетические показатели, так как с увеличением диапазона регулирования растут потери скольжения
Электромеханический каскад
Электромеханический каскад (рис. 4.30), потребляя из сети электрическую мощность передает на вал двигателя М механическую мощность за вычетом потерь мощности в статоре и мощности ско
Машинно-вентильные и вентильные каскады
По элементному составу различают машинные, вентильно-машинные электромеханические и электрические каскады, а также вентильные электрические каскады. На рис. 4.31 приведены схемы машинно-вентильн
Механические характеристики синхронного двигателя
Рисунок 4.35 – Схема синхронного двигателя
Схема включения синхронного двигателя приведена на рис. 4.35. Этот двигатель имеет обычный по своему конструктив
Векторная диаграмма синхронного двигателя
Рассмотрим упрощенную векторную диаграмму синхронного двигателя. На этой диаграмме приняты следующие обозначения:
I - вектор фазного тока статора;
Е, Uс — векторы
Угловая характеристика синхронного двигателя
Зависимость момента синхронного двигателя от угла внутреннего сдвига фаз приведена на рис. 4.39. Наибольшего значения момент двигателя достигает при угле θ = π/2. Эта величина характери
Регулирование скорости синхронного электропривода
Вентильным двигателем (ВД) называется устройство, состоящее из электродвигателя переменного тока (по конструкции аналогичного синхронному) и вентильного коммутатора (преобразователя частоты
Допущения при изучении процессов нагрева двигателей
Условия нагрева отдельных частей машины различны. Большему нагреву подвергаются части обмоток, расположенные во внутренних областях машины. Так же неодинаково и выделение теплоты в различных режима
Вывод уравнения нагрева
Уравнение теплового баланса двигателя при неизменной нагрузке имеет вид:
ΔРdt = Aτdt + Cdτ, (5.1)
где ΔР - количество теплоты (
Кривые нагрева и охлаждения
На рис. 5.2 даны кривые, отображающие процесс охлаждения двигателя. Здесь кривая 1 соответствует уменьшению нагрузки, а кривые 2 и 3 – отключению двигателя от сети.
&n
Коэффициент ухудшения теплоотдачи
У самовентилируемых двигателей открытого исполнения малой и средней мощности постоянная времени составляет около 1 часа, у двигателей закрытого типа большой мощности – 3-4 часа. При отключении само
Номинальные режимы работы электродвигателей
Под номинальным режимом работы электрической машины понимается режим, для которого она предназначена предприятием-изготовителем (ГОСТ 17154-71). Для этого режима в каталогах и паспорте двигателя у
Основные положения выбора двигателей
Род тока для электропитания двигателя (постоянный ток, переменный ток трех- или однофазный промышленной или повышенной частоты) определяется выбором типа двигателя: двигатель постоянного или переме
Рекомендации по выбору двигателей
Для электропривода с глубоким регулированием частоты вращения приходится делать выбор между двигателем постоянного тока и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором при его питании oт регули
Определение расчетной мощности и выбор двигателя
Расчетная мощность двигателя Pрасч (кВт), требуемая для электропривода, определяется величинами статического нагрузочного момента Mс (Н м) на вал
Расчет мощности для некоторых производственных механизмов
Ниже приведены упрощенные формулы для определения расчетной мощности двигателей некоторых типовых установок, работающих в продолжительном режиме S1 с неизменной нагрузкой.
Центробежные вен
Расчет мощности двигателя для кратковременного режима
Задача расчета сводится к определению мощности двигателя , способного выдержать перегрузку Pкр, работая в кратковременном режиме в течение времени tкр (см. рис.
Новости и инфо для студентов