ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ЭД, РАБОТАЮЩЕГО В РЕГУЛИРУЕМОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ И ПОРЯДОК ВЫБОРА ЭД

Однако в обоих случаях производят анализ теплового состояния и проверяют ЭД по перегрузке.

В электроприводе станков с ЧПУ и промышленных роботах двигатели работают в напряженном динамическом режиме, и при выборе ЭД на первый план выходят его динамические характеристики.

Критерием выбора мощности ЭД можно считать максимальное ускорение, которое способен обеспечить ЭД в системе автоматизированного электропривода. Среднее ускорение в переходных режимах определяется отношением динамического момента к моменту инерции механической системы привода.

В связи с этим часто изменяют критерий выбора ЭД и выбирают его по максимально допустимому моменту. Но и в этом случае необходимо проверить ЭД на нагрев и перегрузочную способность.

Таким образом, выбор двигателя сводится к нескольким этапам.

1. Предварительный выбор двигателя. Этот выбор можно произвести по аналогии с уже существующей конструкцией станка, по ориентированному расчету или по инженерной интуиции, которой, несомненно, должен обладать каждый конструктор. Выбор упрощается тем, что число типоразмеров специальных двигателей для станков и ПР ограничено.

2. Проверка выбранного двигателя по нагреву, перегрузочной способности и условиям пуска. В случае неудовлетворительного результата выбирают другой ЭД и повторяют расчет.

3. Выбор ЭД, используемого в следящем или регулируемом приводе станков с ЧПУ и ПР, дополняются расчетом динамики привода (переходных процессов). Только в этом случае можно сказать, что ЭД выбран правильно, и привод обеспечит заданные механические характеристики.

Таким образом, выбор ЭД по мощности связан с общим анализом и синтезом электромеханической системы привода.

Сложность электромеханических и тепловых расчетов, сопровождающих такой выбор, требует применения численных методов и использования ЭВМ.

Только так можно сопоставить несколько конкурирующих вариантов и синтезировать оптимальную систему привода.

3 ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ В ЭД И ЭЛЕМЕНТАХ ПРИВОДА

Потери мощности в ЭД разделяют на постоянные и переменные.

Постоянство потерь нужно понимать условно, поскольку при изменении скорости меняется величина трения, при изменении им частоты перемагничивания потери на вихревые токи и гистерезис. Однако в нерегулируемом электроприводе изменение потерь невелико и их можно считать постоянными. Потери мощности в обмотках электрических машин (потери в меди) зависят от I 2 и на этом основании их считают переменными. Для ЭД постоянного тока переменные потери пропорциональны I_я 2

∆Р_пер=R_я J_я 2 = ∆Р_пер 2

Переменные потери асинхронных двигателей зависят от тока статора и ротора

т.е. независимо от вида двигателя переменные потери определяются номинальными потерями и краткостью тока.

Переменные потери при номинальной нагрузке можно выразить через КПД и коэффициент потерь.

Источник

Токовые перегрузки и их влияние на работу и срок службы электродвигателей

Анализ повреждений асинхронных двигателей показывает, что основной причиной их выхода из строя является разрушение изоляции из-за перегрева.

С точки зрения нагрева изоляции большое значение имеют величина и длительность протекания токов, превышающих номинальное значение. Эти параметры зависят прежде всего от характера технологического процесса.

Перегрузки электродвигателя технологического происхождения

Перегрузки электродвигателя, вызванные периодическим увеличением момента на валу рабочей машины. В таких станках и установках мощность электродвигателя все время изменяется. Трудно заметить сколько-нибудь длительный промежуток времени, в течение которого ток оставался бы неизменным по величине. На валу двигателя периодически возникают кратковременные большие моменты сопротивления, создающие броски тока.

Такие перегрузки обычно не вызывают перегрева обмоток электродвигателя, имеющих сравнительно большую тепловую инерцию. Однако при достаточно большой длительности и неоднократной повторности создается опасный нагрев электродвигателя. Защита должна «различать» эти режимы. Она не должна реагировать на кратковременные толчки нагрузки.

В других машинах могут возникать сравнительно небольшие, но длительные перегрузки. Обмотки электродвигателя постепенно нагреваются до температуры, близкой к предельно допустимому значению. Обычно электродвигатель имеет некоторый запас по нагреву, и небольшие превышения тока, несмотря на продолжительность действия, не могут создать опасной ситуации. В этом случае отключение не обязательно. Таким образом, и здесь защита электродвигателя должна «различать» опасную перегрузку от неопасной.

Аварийные перегрузки электродвигателя

Перегрузки при длительном режиме работы с постоянной нагрузкой

Обычно электродвигатели выбирают с некоторым запасом по мощности. Кроме того, большую часть времени машины работают с недогрузкой. В результате ток двигателя часто значительно ниже номинального значения. Перегрузки возникают, как правило, при нарушениях технологии, поломках, заедании и заклинивании в рабочей машине.

Такие машины, как вентиляторы, центробежные насосы, ленточные и шнековые транспортеры, имеют спокойную постоянную или слабо изменяющуюся нагрузку. Кратковременные изменения подачи материала практически не влияют на нагрев электродвигателя. Их можно не принимать во внимание. Иное дело, если нарушения нормальных условий работы остаются на длительное время.

Большинство электроприводов имеет определенный запас мощности. Механические перегрузки прежде всего вызывают поломки деталей машины. Однако, принимая во внимание случайный характер их возникновения, нельзя быть уверенным, что при определенных обстоятельствах окажется перегруженным и электродвигатель. Например, это может случиться с двигателями шнековых транспортеров. Изменение физико-механических свойств транспортируемого материала (влажность, крупность частиц и т. д.) немедленно отражается на мощности, требуемой на его перемещение. Защита должна отключать электродвигатель при возникновении перегрузок, вызывающих опасный перегрев обмоток.

С точки зрения влияния длительных превышений тока на изоляцию следует различать два вида перегрузок по величине: сравнительно небольшие (до 50%) и большие (более 50%).

Действие первых проявляется не сразу, а постепенно, в то время как последствия вторых проявляются через короткое время. Если превышение температуры над допустимым значением невелико, то старение изоляции происходит медленно. Небольшие изменения в структуре изолирующего материала накапливаются постепенно. По мере возрастания температуры процесс старения значительно ускоряется.

При больших перегрузках (более 50%) изоляция быстро разрушается под действием высокой температуры.

Для анализа процесса нагрева воспользуемся упрощенной моделью двигателя. Повышение тока вызывает увеличение переменных потерь. Обмотка начинает нагреваться. Температура изоляции изменяется в соответствии с графиком на рисунке. Величина установившегося превышения температуры зависит от величины тока.

Перегрузочная характеристика электродвигателя (сплошная линия) и желаемая характеристика защиты (пунктирная линия)

Из приведенной характеристики можно сформулировать одно из основных требований к защите перегрузок, действующей в зависимости от тока. Она должна срабатывать в зависимости от величины перегрузки. Э дает возможность исключить ложные срабатывания при неопасных бросках тока, возникающие, например, при пуске двигателя. Защита должна срабатывать только при попадании в область недопустимых значений тока и длительности его протекания. Ее желаемая характеристика, показанная на рисунке пунктирной линией, должна всегда располагаться под перегрузочной характеристикой двигателя.

На работу защиты влияет ряд факторов (неточность настройки, разброс параметров и др.), в результате действия которых наблюдаются отклонения от средних значений времени срабатывания. Поэтому пунктирную кривую на графике следует рассматривать как некую среднюю характеристику. Для того чтобы в результате действия случайных факторов характеристики не пересеклись, что вызовет неправильное отключение двигателя, необходимо обеспечить определенный запас. Фактически приходится иметь дело не с отдельной характеристикой, а с защитной зоной, учитывающей разброс времени срабатывания защиты.

С точки зрения точного действия защиты электродвигателя желательно, чтобы обе характеристики были по возможности близки одна к другой. Это позволит избежать ненужное отключение при перегрузках, близких к допустимым. Однако при наличии большого разброса обеих характеристик достигнуть этого невозможно. Для того чтобы не попасть в зону недопустимых значений тока при случайных отклонениях от расчетных параметров, необходимо обеспечить определенный запас.

Характеристика защиты должна располагаться на некотором расстоянии от перегрузочной характеристики двигателя, чтобы исключить их взаимное пересечение. Но при этом получается проигрыш в точности действия защиты электродвигателя.

В области токов, близких к номинальному значению, появляется зона неопределенности. При попадании в эту зону нельзя точно сказать, сработает защита или нет.

Однако не следует преувеличивать недостаток токовой защиты. Дело в том, что двигатели имеют определенный запас по току. Номинальный ток электродвигателя всегда ниже того тока, при котором температура обмоток достигает допустимого значения. Его устанавливают, руководствуясь экономическими расчетами. Поэтому при номинальной нагрузке температура обмоток двигателя ниже допустимого значения. За счет этого и создается тепловой резерв двигателя, который в определенной степени компенсирует недостаток тепловых реле.

Многие факторы, от которых зависит тепловое состояние изоляции, имеют случайные отклонения. В связи с этим уточнения характеристик не всегда дают желаемый результат.

Перегрузки при переменном длительном режиме работы

Некоторые рабочие органы и механизмы создают нагрузку, изменяющуюся в больших пределах, как, например, в машинах для дробления, измельчения и других аналогичных операций. Здесь периодические перегрузки сопровождаются недогрузками вплоть до работы на холостом ходу. Каждое увеличение тока, взятое в отдельности, не приводит к опасному росту температуры. Однако, если их много и они повторяются достаточно часто, действие повышенной температуры на изоляцию быстро накапливается.

Процесс нагрева электродвигателя при переменной нагрузке отличается от процесса нагрева при постоянной или слабо выраженной переменной нагрузке. Различие проявляется как в ходе изменения температуры, так и в характере нагрева отдельных частей машины.

Вслед за изменениями нагрузки изменяется и температура обмоток. Из-за тепловой инерции двигателя колебания температуры имеют меньший размах. При достаточно высокой частоте нагрузки температуру обмоток можно считать практически неизменяющейся. Такой режим работы будет эквивалентен длительному режиму с постоянной нагрузкой. При низкой частоте (порядка сотых долей герца и ниже) колебания температуры становятся ощутимыми. Периодические перегревы обмотки могут сократить срок службы изоляции.

При больших колебаниях нагрузки с низкой частотой электродвигатель постоянно находится в переходном процессе. Температура его обмотки изменяется вслед за колебаниями нагрузки. Так как отдельные части машины имеют разные теплофизические параметры, то каждая из них нагревается посвоему.

Повторно-кратковременный режим работы можно отнести к наиболее неблагоприятному с точки зрения действия защиты. Периодическое включение в работу предполагает возможность кратковременной перегрузки двигателя. При этом величина перегрузки должна быть ограничена по условию нагрева обмоток не выше допустимого значения.

Защита, «следящая» за состоянием нагрева обмотки, должна получать соответствующий сигнал. Так как в переходных режимах ток и температура могут не соответствовать друг другу, то защита, действие которой основано на измерении тока, не может выполнять свою роль должным образом.

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

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Классификация режимов работы ЭД. Нагрузочные диаграммы

Нагрузочные диаграммы это: ; ; . Различают нагрузочные диаграммы механизма и ЭД, причем последние отличаются на величину потерь в кинематических звеньях передачи и благодаря инерции движущихся масс являются более сглаженными. В соответствии с условиями нагрева ЭД различают длительный (рисунок 4.11,а), кратковременный (рисунок 4.11,б) и повторно-кратковременный (рисунок 4.11,в) режимы работы.

В длительном режиме ЭД работает под нагрузкой в течение времени, необходимого для нагрева до установившейся температуры. Для полного использования ЭД необходимо, чтобы его установившаяся температура равнялась максимально допустимой для его изоляции .

В кратковременном режиме ЭД, работая под нагрузкой, не успевает нагреться до установившейся температуры, а в следующий затем период остановки остывает до температуры окружающей среды. Работать ЭД всегда начинает в холодном состоянии ( ). Стандартные длительности режима, при которых заводом указывается мощность ЭД: 15,30,60,90мин.

Повторно-кратковременный режим состоит из чередующихся кратковременных рабочих периодов и пауз, причем за время работы двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы не успевает остыть до температуры окружающей среды. Суммарная продолжительность и не должна превышать 10мин. Данный режим характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ)

(4.86)

или . Стандартные ПВ это 15,25,40 и 60%.

С течением времени наступает равновесие между количеством теплоты, выделенной за и теплотой, рассеянной в окружающую среду . Далее температура колеблется от до . В кратковременном и повторно-кратковременном режимах при той же нагрузке, что и в длительном режиме, ЭД не достигает допустимой температуры и будет работать с недогрузкой. Поэтому в таких режимах можно либо допустить большую нагрузку, Либо выбрать ЭД меньшей мощности.

Номинальной мощностью называется мощность, развивая которую ЭД, работающий в указанном для него режиме, нагревается до температуры, допустимой для класса его изоляции (90-1800С-Н).

Номинальная мощность зависит также от условий охлаждения.

Перегрузочная способность ЭД:

(4.87)

для ДПТ ; АД ; МАП ; СД .

Закрытые ЭД при тех же габаритах имеют меньшую мощность, но большую перегрузочную способность, чем открытые.

Нагрев. Потери энергии ЭД превращаются в теплоту.

, (4.88)

где — потребляемая мощность, а — на валу номинальная. При различных нагрузках

, (4.89)

; ; . (4.90)

Для тихоходных ЭД ; для быстроходных . Если количество теплоты, выделяющейся в ЭД в 1с обозначить через (Дж), то . Количество теплоты, выделяемой двигателем пропорционально превышению температуры над температурой . При уравнение теплового баланса:

, (4.91)

где С – теплоемкость ЭД (Дж/ 0 С), А – теплоотдача ЭД (Дж/ 0 Сс), — количество теплоты, выделяемой в ЭД за , — количество теплоты, идущей на нагрев ЭД, — количество теплоты, выделяемой ЭД в окружающую среду за время . Решив дифференциальное уравнение теплового баланса относительно получим уравнение нагрева ЭД:

, (4.92)

где — установившееся превышение температуры, — постоянная времени нагрева, (с).

Если в момент пуска , то и тогда

(4.93)

. В начальный период работы (рисунок 4.12) ЭД большая часть теплоты идет на нагрев ЭД и его температура быстро растет. По мере роста температуры ЭД большое количество теплоты выделяется в окружающую среду и нагрев ЭД замедляется, пока не наступит равновесие выделяемой и отдаваемой теплоты.

Рисунок 4.12 – Кривая нагрева двигателя при длительной неизменной нагрузке

Установившейся температурой принято считать температуру, которая в течение одного часа изменится не более чем на 1 0 С. Такой температуры ЭД достигает через . Если бы ЭД не отдавал теплоту, то его нагрев происходил бы по прямой, касательной к экспоненте в точке «К«. В этом случае ЭД нагрелся бы до установившейся температуры за время «Т«. Если принять , то

(4.94)

У малых ЭД с самовентиляцией Т=10-20мин, а у больших закрытого исполнения – несколько часов. «Т» – называют постоянной времени.

Охлаждение ЭД. С отключением от сети выделение теплоты в ЭД прекращается . Тогда

, (4.95)

т.е. ЭД охлаждается до температуры окружающей среды. При остановившемся ЭД теплоотдача падает , а становится больше (рисунок 7.2). Для самовентилируемых ЭД .

Для ЭД с независимым охлаждением . Уравнение охлаждения

, (4.96)

где — превышение температуры ЭД в момент отключения от сети. За время ЭД охлаждается до температуры

. (4.97)

До температуры окружающей среды ЭД практически охладится за

. (4.98)

Рисунок 4.13 – Кривые нагрева и охлаждения двигателя при

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется нагрузочной диаграммой?

2. Чем отличается нагрузочные диаграммы механизма и ЭД?

3. Как подразделяются нагрузочные диаграммы в соответствии с условиями нагрева ЭД различают?

4. Что такое продолжительность включения?

5. Запишите уравнение теплового баланса ЭД.

6. Запишите уравнение нагрева и охлаждения ЭД.

7. Как осуществляется выбор мощности ЭД при кратковременном режиме работы?

8. Какая методика расчет мощности для ПКВ?

Выбор ЭД

В большинстве случаев ЭД выбирают по статическому моменту и скорости механизма с последующей проверкой на пригодность его работы в заданном режиме. При выборе учитывают также соответствие конструктивного исполнения ЭД характеру среды, в которой ему предстоит работать.

По способу защиты от воздействия окружающей среды ЭД и аппаратура делятся на:

-защищенного типа, имеющие защиту от прикосновения к нагретым, движущимся и токоведущим частям;

-брызгонепроницаемые, защитные устройства которых предотвращают попадание во внутрь ЭД капель, падающих под углом до 45 0 ;

-водозащищенные, которые защищены от попадания внутрь ЭД воды при обливании их из шланга;

-герметичного исполнения, не допускающие попадания внутрь воды при погружении ЭД в воду;

-взрывозащищенные, обеспечивающие безопасность применения их во взрывоопасной среде.

По способу охлаждения различают ЭД с естественным охлаждением (просто окружающим воздухом), самовентиляцией внутренней или наружной – обдуваемой (на валу ЭД вентилятор) и независимым охлаждением (специальный вентилятор).

По способу монтажа:

-установленные на лапах и фланцевые;

-горизонтальный и вертикальный вал.

Подшипники в основном качения – шариковые и роликовые, имеющие меньшие осевые размеры и больший КПД, чем подшипники скольжения.

Источник