Какой момент определяет режим работы электропривода

16.3. Основные режимы работы электроприводов

Длительность работы и ее характер определяют рабочий режим привода. Для электропривода принято различать три основных режима работы: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Продолжительный режим (согласно ГОСТ 183-74) — это режим работы такой длительности, при которой за время работы двигателя температура всех устройств элек­тропривода достигает установивше­гося значения (рис. 16.4, а).

В качестве примеров механиз­мов с длительным режимом работы можно назвать центробежные насо­сы насосных станций, вентиляторы, компрессоры, конвейеры непрерыв­ного транспорта, дымососы, бу­магоделательные машины, машины для отделки тканей и т. д.

При кратковременном режиме рабочий период относительно кра­ток (рис. 16.4, б) и температура двигателя не успевает достигнуть установившегося значения. Перерыв же в работе исполнительного механизма достаточно велик для того, чтобы двигатель успевал охладиться практически до температуры окружающей среды. Такой режим работы характерен для самых различных механизмов кратковременного действия: шлюзов, разводных мостов, подъемных шасси самолетов и многих других.

При повторно-кратковременном режиме (рис. 16.4, в) периоды работы чередуются с паузами (остановка или холостой ход), причем ни в один из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время снятия нагрузки двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

Характерной величиной для повторно-кратковременного режима является отношение рабочей части периода Т’ ко всему периоду Т. Эта величина именуется относительной продолжительностью работы (ПР %) или относительной продолжительностью включения (ПВ %). Примерами механизмов с повторно-кратковременным режимом работы могут служить краны, ряд металлургических станков, прокатные станы, буровые станки в нефтяной промышленности и т. д.

В соответствии с основными видами режимов работы электропривода различно определяется и номинальная мощность электродвигателя. Условия нагревания и охлаждения двигателя при повторно-кратковременном режиме существенно отличаются от условий работы в продолжительном режиме.

Например, условия охлаждения обмотки возбуждения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения практически остаются неизменными и при остановке двигателя, а условия охлаждения якоря при остановке сильно ухудшаются. По этой причине двигатель постоянного тока, рассчитанный для продолжительного режима на неизменные условия охлаждения, при повторно-кратковременном режиме будет использоваться нерационально; при предельно допустимом нагреве обмотки якоря и коллектора обмотка возбуждения будет нагреваться значительно ниже допустимой температуры.

Следовательно, целесообразно для повторно-кратковременного режима изготовлять двигатели специальных типов. Руководствуясь этим, электротехническая промышленность изготовляет крановые электродвигатели, рассчитанные на три различных номинальных режима: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный. Соответствующее указание делается на табличке электродвигателя; под его номинальной мощностью следует понимать полезную механическую мощность на валу в течение времени, соответствующего его номинальному режиму, т. е. продолжительно, кратковременно или же повторно-кратковременно при определенной продолжительности включения.

В течение весьма короткого промежутка времени двигатель может развивать мощность значительно большую, чем номинальная. Мгновенная перегрузочная мощность двигателя — это наибольшая мощность на валу в течение весьма малого промежутка времени, развиваемая двигателем без каких-либо повреждений. Такая мощность определяется в большинстве случаев электрическими свойствами двигателя (максимальным моментом у асинхронных двигателей или условиями коммутации у двигателей постоянного тока), а иногда и механической конструкцией двигателя. Мгновенные перегрузочные свойства электродвигателя обычно характеризуются коэффициентом перегрузки по моменту λ_мом, т. е. отношением максимального кратковременно допустимого перегрузочного момента к номинальному: λ_иоы = M_max/М_ном. Для большинства электродвигателей λ_мом ≈ 2 (у специальных электродвигателей λ._мом = 3 ÷ 4).

Часто по условиям работы привода важна перегружаемость электродвигателя не мгновенная, а на определенный, относительно короткий промежуток времени. В соответствии с этим требованием указывается кратковременная перегрузочная мощность двигателя (временная мощность) — мощность, развиваемая двигателем в течение определенного ограниченного промежутка времени (5, 10, 15, 30 мин и т. д.), после чего двигатель должен быть отключен на столько времени, чтобы он успел охладиться до температуры окружающей среды. Для одного и того же двигателя соотношения между его продолжительной, перегрузочной и кратковременной перегрузочной мощностями зависят от электрической характеристики и конструкции двигателя.

Режимы работы ЭП

При включении двигателя в сеть и наличии на его валу нагрузки, происходит его нагрев, зависящий от тепловых потерь АР, времени нагрева t, теплоемкости С и теплоотдачи двигатели А. Эти величины связаны между собой уравнением теплового баланса электродвигателя:

где r — превышение температуры двигателя над температурой охлаждающей среды, которую принимают как правило равной +40°С.

Решение этого уравнения дает зависимость изменения превышения температуры двигателя во времени. Зависимости имеет экспоненциальный характер (рис. 17.2):

где: rуст — установившееся превышение температуры, °С,

rнач — начальное превышение температуры, °С,

Т – постоянная времени нагревания,

Рис. 17.2. Кривые нагрева и охлаждения электродвигателя

Номинальные режимы работы электродвигателей

Режимы работы стандартизованы. Различают три основных режима: длительный (обозначается символом S1), крат­ковременный (S2) и повторно—кратковременный ( S3).

Длительный— это режим, в котором превышение тем­пературы двигателя достигает установившегося значения. Дли­тельный режим подразделяют на два вида: а) режим с по­стоянной нагрузкой и б) режим с переменной нагрузкой. К типу а) относятся ЭП вентиляторов, насосов, компрессоров, транспортеров, текстильных станков и др. К типу б) — ЭП поршневых компрессоров, прокатных станов, токарных, фрезерных, сверлильных станков и др.

Режим работы ЭП отражают при помощи нагрузочных диаграмм (НД), которые представляют собой зависимость мощности Р, момента М или тока двигателя I от времени t

Примеры НД для длительного режима и кривая нагрева приведены на рис. 17.3.

В кратковременном режиме двигатель работает непродолжительное время, в течение которого превышение его температуры не достигает установившегося значения, а после отключения он успевает охладиться до температуры

Рис. 17.3. Нагрузочные диаграммы для длительного режима с постоянной нагрузкой (а) и с переменной нагрузкой (б)

охлаждающей среды (рис. 17.4, а). В этом режиме работают ЭП шлюзов, задвижек нефте- и газопроводов и др.

Повторно—кратковременным называют режим, в котором кратковременные периоды включения двигателя чередуются с периодами пауз, причем в период нагрузки превышение температуры двигателя не достигает установившегося значения, а при отключении не успевает достичь температуры охлаждающей среды. Примеры нагрузочных диаграмм и кривых нагрева для этих режимов приведены на рис. 17.4.

Рис. 17.4. Нагрузочные диаграммы и диаграммы нагрева для кратковременного режима работы (а) и для повторно-кратковременного режима работы (б)

ПВ — это величина равная отношению времени работы двигателя под нагрузкой ко времени цикла, измеряемая в процентах :

ПВ стандартизованы и составляют 15, 25, 40, 60%. Значение ПВ указывается на паспорте двигателя.

Двигатель мощностью PН1 с ПВ1 может быть использован при другой ПВ2. Мощность Р2, на которую можно при этом нагружать двигатель, определяется приближенным соотноше­нием

После несложной процедуры регистрации Вы сможете пользоваться всеми сервисами и создать свой веб-сайт.

Моя заявка.
всего позиций: 0.

Proelectro2.ru (2005-2013), ООО «Виртуальные города» (2009-2013).
Администрация [email protected] , тел./факс: +7 (8552) 53-40-76

3 Режимы работы электропривода

Все режимы в электроприводе делятся на установившиеся (номинальный режим работы) и переходные (пуск, реверс, торможение).

Установившийся режим работы электропривода определяется из условия равенства нулю динамического момента. Этот режим характеризуется работой двигателя с неизменной угловой скоростью, постоянными во времени и равными по величине моментом двигателя и моментом сопротивления. Так как момент, развиваемый двигателем в установившемся режиме, есть функция скорости, то равенство М=Мс возможно только при условии, что момент сопротивления — постоянная величина или функция скорости. Если МС есть функция, например, пути (угла поворота), то даже при постоянной угловой скорости момент сопротивления изменяется во времени и установившийся режим невозможен.

Установившийся режим описывается статическими характеристиками.

Переходным режимом электропривода называют режим работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, момент и ток.

Причинами возникновения переходных режимов в электроприводах является либо изменение нагрузки, связанное с производственным процессом, либо воздействие на электропривод при управлении им, т. е. пуск, торможение, изменение направления вращения и т. п. Переходные режимы в электроприводах могут возникнуть также в результате аварий или нарушения нормальных условий электроснабжения (например, изменения напряжения или частоты сети, несимметрия напряжения и т. п.).

Характер переходного режима электропривода зависит от свойств рабочей машины, типа примененного двигателя и механической передачи, принципа действия и свойств аппаратуры управления, а также от режима работы двигателя (пуск, торможение, прием и сброс нагрузки и т. д.).

Переходные режимы описываются динамическими характеристиками.

4 УравнениЕ движения электропривода

Электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, создают вращательное движение; значительная часть машин-орудий также имеет вращающиеся рабочие органы; поэтому представляется целесообразным вывод уравнения движения сделать сначала для случая вращательного движения.

В соответствии с основным законом динамики для вращающегося тела векторная сумма моментов, действующих относительно оси вращения, равна производной момента количества движения:

(4.1)

В системах электропривода основным режимом работы электрической машины является двигательный. При этом момент сопротивления имеет тормозящий характер по отношению к движению ротора и действует навстречу моменту двигателя. Поэтому положительное направление момента сопротивления принимают противоположным положительному направлению момента двигателя, в результате чего уравнение (4.1) записывается в виде:

(4.2)

Уравнение движения привода (4.2) показывает, что развиваемый двигателем вращающий момент уравновешивается моментом сопротивления на его валу и инерционным или динамическим моментом . В этом уравнении принято, что момент инерции привода является постоянным, что справедливо для значительного числа производственных механизмов. Здесь моменты являются алгебраическими, а не векторными величинами, поскольку оба момента и действуют относительно одной и той же оси вращения.

Правую часть уравнения (4-2) называют инерционным (динамическим) моментом (), т.е.

(4.3)

Этот момент проявляется только во время переходных режимов, когда изменяется скорость привода. Из (4.3) следует, что направление динамического момента всегда совпадает с направлением ускорения электропривода.

В зависимости от знака динамического момента различают следующие режимы работы электропривода:

1) , т.е. , имеет место ускорение привода при , и торможение привода при .

2) , т.е. , имеет место замедление привода при , и ускорение при .

3) , т.е. , в данном случае привод работает в установившемся режиме, т.е. .

В общем виде уравнение движения привода может быть записано следующим образом:

Выбор знаков перед значениями моментов зависит от режима работы двигателя и характера моментов сопротивления.

Наряду с системами, имеющими только элементы, находящиеся во вращательном движении, иногда приходится встречаться с системами, движущимися поступательно. В этом случае вместо уравнения моментов необходимо рассматривать уравнение сил, действующих на систему.

При поступательном движении движущая сила всегда уравновешивается силой сопротивления машины и инерционной силой , возникающей при изменениях скорости. Если масса тела выражена в килограммах, а скорость — в метрах в секунду, то сила инерции, как и другие силы, действующие в рабочей машине, измеряются в ньютонах ().

В соответствии с изложенным уравнение равновесия сил при поступательном движении записывается так:

. (4.4)

В (4.4) принято, что масса тела является постоянной, что справедливо для значительного числа производственных механизмов.

Сказанное выше о классификации и знаках моментов полностью справедливо и для сил, действующих на систему.

Режимы работы электроприводов в координатах скорости и момента

Подавляющая часть вырабатываемой электрической энергии преобразуется в механическую посредством электрического привода для обеспечения работы различных машин и механизмов.

Одной из важных задач электропривода является определение необходимого закона изменения момента М двигателя при известной нагрузке и требуемом характере движения, задаваемом законом изменения ускорения или скорости. Эта задача сводится к синтезу системы электропривода, обеспечивающей заданный закон движения.

В общем случае знаки моментов М ( вращающий момент двигателя) и Мс (момент сил сопротивления) , могут быть различными.

Например, при одинаковых знаках М и Мс привод работает в двигательном режиме с возрастанием скорости w (угловое ускорение e > 0). В этом случае вращение привода происходит в сторону приложения момента М двигателя, который может действовать в любом из двух возможных направлений (по часовой стрелке или против нее).

Одно из этих направлений, например по часовой стрелке, принимают за положительное, и при вращении привода в этом направлении момент М и скорость w считают положительными. В системе координат момента и скорости (М , w) такой режим работы будет расположен в I квадранте.

Области режимов работы электропривода в координатах скорости w и момента М

Направление статического момента Мс (или его знак) зависит от вида сил сопротивления, действующих на рабочий орган, и направления вращения.

Статический момент создается силами полезных и вредных сопротивлении. Полезными являются силы сопротивления, для преодоления которых предназначена машина. Их величина и характер зависят от вида производственного процесса и конструкции машины.

Вредные силы сопротивления обусловлены различными видами потерь, возникающих в механизмах при движении, и при их преодолении машина не совершает никакой полезной работы.

Основной причиной этих потерь являются силы трения в подшипниках, передачах и т. п., которые всегда препятствуют движению при любом его направлении. Поэтому при изменении знака скорости со изменяется знак статического момента Мс, обусловленного указанными силами сопротивления.

Такие статические моменты называют реактивными или пассивными, так как о ни всегда препятствуют движению, но под их воздействием при отключенном двигателе движение не может возникнуть.

Реактивными могут быть и статические моменты, создаваемые силами полезного сопротивления, если работа машины связана с преодолением сил трения, резания или растяжения, сжатия и скручивания неупругих тел.

Однако если производственный процесс, выполняемый машиной, связан с изменением потенциальной энергии элементов системы (подъем груза, упругие деформации скручивания, сжатия и т. п.), то создаваемые полезными силами сопротивления статические моменты называют потенциальными или активными.

Направление действия их остается постоянным, и знак статического момента Мс при изменении знака скорости о не меняется. В этом случае при увеличении потенциальной энергии системы статический момент препятствует движению (например, при подъемегруза), а при уменьшении — способствует движению (спуск груза) даже при отключенном двигателе.

Если электромагнитный момент М и скорость о направлены встречно, то электрическая машина работает в тормозном режиме, что соответствует II и IV квадрантам. В зависимости от соотношения абсолютных значений М и Мс скорость вращения привода при этом может возрастать, уменьшаться или оставаться постоянной.

Назначение электрической машины, используемой в качестве приводного двигателя, заключается в сообщении рабочей машине механической энергии для выполнения работы или в торможении рабочей машины (пример — Выбор электропривода конвейеров).

В первом случае электрическая энергия, подведенная к электрической машине, преобразуется в механическую, и на валу машины создается вращающий момент, обеспечивающий вращение привода и выполнение полезной работы производственным агрегатом.

Такой режим работы электропривода называется двигательным. Вращающий момент и скорость двигателя при этом совпадают по направлению, и мощность на валу двигателя Р = М w > 0.

Характеристики двигателя в этом режиме работы могут находиться в I или III квадранте, где знаки скорости и момента одинаковы, а следовательно, Р > 0. Выбор знака скорости при известном направлении вращения двигателя (правое или левое) может быть произвольным.

Обычно за положительное направление скорости принимают направление вращения привода, при котором механизм выполняет основную работу (например, подъем груза подъемной машиной). Тогда работа электропривода в противоположном направлении происходит с отрицательным знаком скорости.

Чтобы снизить скорость или остановить машину, двигатель может быть отключен от сети. В этом случае уменьшение скорости будет происходить под действием сил сопротивления движению.

Такой режим работы называется свободным выбегом. В этом случае при любой скорости вращающий момент привода равен нулю, т. е. механическая характеристика двигателя совпадает с осью ординат.

Для более быстрого, чем при свободном выбеге, снижения скорости или остановки, а также для поддержания неизменной скорости механизма при моменте нагрузки, действующем в сторону вращения, направление момента электрической машины должно быть противоположным направлению скорости.

Такой режим работы привода называется тормозным, а электрическая машина при этом работает в генераторном режиме.

Поведение электропривода, как следует из уравнении движения, при заданных параметрах механических элементов определяется величинами моментов двигателя и нагрузки на валу рабочего органа.

Так как наиболее часто анализируется закон изменения скорости электропривода в процессе работы, то для электроприводов, у которых вращающий момент двигателя и момент нагрузки зависят от скорости, удобно использовать графический метод.

С этой целью обычно применяют механическую характеристику двигателя, представляющую зависимость угловой скорости двигателя от его вращающего момента w = f(M), и механическую характеристику механизма, устанавливающую зависимость скорости двигателя от приведенного статического момента, создаваемого нагрузкой на рабочем органе w = f(Mc).

Указанные зависимости для установившегося режима работы электропривода называют статическими механическими характеристиками.

Статические механические характеристики электродвигателей

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Ранее на эту тему: Электропривод