Лекция 15. Электропривод.

Тепловой режим и выбор электрических двигателей. Нагрев и охлаждение электрических машин. Закон изменения температуры в электрической машине. Выбор мощности двигателей при длительной нагрузке, при кратковременном и повторно-кратковременном режимах.

Производственные машины и механизмы, как правило, приво­дятся в движение с помощью электрического привода, который включает в себя электрические двигатели, систему передачи и аппаратуру управления. Выбор рода тока и величины питающего напряжения приводного электродвигателя зависит от ряда фак­торов. Применение электродвигателей постоянного тока в системе электрического привода обусловливается необходимостью регу­лирования частоты вращения производственного механизма. Они характеризуются сложной технологией изготовления, более дорогие и менее надежны в эксплуатации по сравнению с элек­тродвигателями переменного тока. Мощность электродвигателя должна соответствовать мощности производственного механизма, так как занижение мощности электродвигателя способствует преждевременному выходу его из строя, а завышение приво­дит к снижению КПД η и коэффициента мощности cos φ, повы­шению стоимости и массогабаритных показателей установленно­го электрооборудования. В большинстве случаев электродвига­тель выбирают по нагреву и проверяют по перегрузочной спо­собности, при этом они должны иметь достаточный пусковой момент М_ПУС для обеспечения нормального пуска.

При длительном режиме работы электродвигателя и неизмен­ной нагрузке (рис. 14.1.1, а) превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды определяется уравнением: τ = τ_у(1— е^-t/Tн) где τ_у — установившаяся температура электро­двигателя, °С; t — текущее время, с; T_н — постоянная времени нагрева, с.

При длительном режиме (t = ∞) значение установившейся

температуры электродвигателя: τ = τ_у = Q/A, где Q — количест­во теплоты, выделяемой электродвигателем в единицу времени, Дж/с;

А — теплоотдача электродвигателя, Дж/с·град.

Постоянная времени нагрева электродвигателя определяется отношением: T_н = С/А, где

С — его теплоемкость, т. е. количест­во теплоты, необходимой для повышения температуры двигателя на 1°С.

Для производственных механизмов, предназначенных для ра­боты в длительном неизменном режиме, мощность электродвига­теля выбирают по каталогу исходя из значения мощности, необ­ходимой для приведения в движение механизма при данной частоте его вращения п_м. При этом должно удовлетворяться условие Pном ≥ Р_м, где Рном и Р_м — номинальная мощность элект­родвигателя и расчетная мощность механизма.

В данном случае нет необходимости проверки электродвига­теля по нагреву, так как при номинальной нагрузке нагрев его всегда находится в допустимых для данного класса используемой изоляции пределах. При этом, поскольку режим работы длитель­ный с неизменной нагрузкой, выбранный электродвигатель на перегрузочную способность по максимальному моменту также не проверяется.

Эквивалентное (среднеквадратичное) значение тока, потребляе­мого электродвигателем при переменном режиме работы (рис.14.1.1 б, в ) опре­деляют по формуле:

где I₁, I₂ и т.д. – значение токов электродвигателя в промежутки времени t₁, t₂ и т.д., соответствующие участкам графика с неизменной нагрузкой. I_пуск, t_T , t_о — средние значения тока элект­родвигателя соответственно во время пуска, торможения и пау­зы; К₁ — коэффициент, учитывающий уменьшение теплоотдачи электродвигателя при пуске и торможении (принимается равным 0,75 для двигателей постоянного тока и 0,5 — для асинхронных двигателей); К₂— коэффициент, учитывающий уменьшение теп­лоотдачи электродвигателя во время паузы (принимается равным 0,5 для двигателей постоянного тока и 0,25 для асинхронных двигателей). По значению эквивалентного тока выбирают по каталогу соответствующий электродвигатель исходя из условия, что Iном ≥ Iэк, где Iном — номинальный ток двигателя. Выбранный таким образом электродвигатель удовлетворяет условиям допус­тимого нагрева, так как двигатели для продолжительного режима работы имеют номинальную мощность, указываемую в ката­логе, без ограничения времени его работы. Далее электродвига­тель проверяют по перегрузочной способности исходя из условия: λ ≥ I_M/I_H0M, где I_M- наибольший ток рабочего промежутка вре­мени, который находят исходя из диаграммы нагрузки двигателя.

Требуемую мощность электродвигателя (на основании нагру­зочной диаграммы при длительной переменной нагрузке, задан­ной в виде графика эквивалентного момента в функции времени) определяют по формуле:

P_ЭК=

Номинальная мощность электродвигателя определяется по значению эквивалентного момента по формуле: Р_ном = М_ЭК · n_ном/9550, где n_ном — номинальная частота вращения двига­теля. Мощность двигателя выбирается либо по эквивалентному моменту

М_ЭК=,

либо по эквивалентному току

I_ЭК =

Проверку электродвигателя по условиям допустимой пере­грузки производят исходя из условия: М_тах/М_Ном ≥ λ_м,, где λ_м — кратность максимального момента соответствующего электро­двигателя по каталогу; M_max — максимальный момент двигателя. Электродвигатель проверяется также по достаточности разви­ваемого им пускового момента из условия:

М_пуск /М_ном ≤ λ_пуск, где λ_пуск - кратность пускового момента двигателя по каталогу; М_пуск — пусковой момент электродвигателя.