Показатели регулирования скорости вращения в ЭМС

1) диапазон регулирования скорости

;

2) плавность регулирования или знаменатель регулирования

1,4; 1,25; 1,12; 1,06 – ступенчатое регулирование;   j®1 – бесступенчатое регулирование;

3) стабильность регулирования

4) экономичность регулирования

; 

 - потери. Экономичности характеризуется коэффициентом мощности cos j.

; где

 - активная мощность (идет на создание тока), 

 - реактивная мощность (теряется в индуктивностях и емкостях);

5) направление регулирования

в первой зоне: М=const (вниз от wн); 

;

во второй зоне: вверх от wн при P=const; 

.

Определение статической устойчивости ЭМС АД

При работе в установившемся режиме АД в ЭМС они должны быть статически устойчивы при малых изменениях момента и скорости. При этом необходимо рассмотреть совместную работу АД и механизма по их механическим характеристикам.

В установившемся режиме

 (

– момент сопротивления нагрузки). При отклонениях скорости или момента возникает переходной процесс под действием динамического момента

. ЭМС будет устойчива, если динамический момент и отклонение скорости Dw будут иметь разные знаки. ЭМС статически устойчива, если отношение динамического момента и отклонения скорости меньше 0:

< 0 – условие устойчивости.

При малых перемещениях механические характеристики могут быть заменены отрезками прямых. Эти отрезки могут быть выражены через жесткость механической характеристики:

, поэтому

;  

; следовательно

;

 - жесткость двигателя; 

 - жесткость механизма.

<0.

<0 – условие устойчивости через жесткость механической характеристики.

Пример. В т. А 

;  

;

<

– ЭМС статически устойчива.

Определение допустимого числа включений в час (h)

Некоторые ЭД в технологическом оборудовании работают с числом включений

.

;

 - задается технологическими параметрами, поэтому чтобы определить h, предполагают, что количество энергии, выделяемое в ЭД, должно быть равно количеству энергии, отдаваемой в окружающую среду.

В ЭД:

.

В окружающую среду энергия отдается пропорционально

 (фактически номинальным потерям); 

;

;

, т.о.

;

;

;

;

h снижается при увеличении потерь энергии при пуске (

) и торможении (

), при ухудшении охлаждения

 и при увеличении продолжительности включения

.

Проверка ЭД по перегрузочной способности и условиям пуска

1) по перегрузочной способности :

для АД:

 (

– критический момент);

для ДПТ:

 (

– номинальный момент);

2) по условиям пуска:

 (

– берется из справочника).

Проверка ЭД по нагреву для режима S1

Возможны 2 варианта:

а)

 и

 - то проверки по нагреву нет;

б)

 - проверка по нагреву требуется (методом эвивалентног момента).

Проверка ЭД по нагреву для режима S1.

а)

;

 (ПВ-продолжительность включения), то проверка по нагреву не нужна;

б)

, то

 - требуется проверка по нагреву;

 (для S2 и S3).

Выбор типоразмера ЭД. Часть 2

Проверка ЭД по нагреву для режима S1 при циклической нагрузке методом эквивалентных величин.

а) метод эквивалентного тока

;

; – потери в обмотках от электрического тока;  

;

за

 потери эквивалентны =

;

 и могут быть сокращены;

;

 - тогда не перегревается;

б) метод эквивалентного момента

Большинство ЭД (ДПТ, АД на рабочих участках) имеют момент, прямо пропорциональный току

;  отсюда  

;

в) метод эквивалентной мощности

;  при w=const

, поэтому 

 (наименее точная формула, т.к. принято много допущений).

Проверка ЭД по нагреву для режима S1 при частых пусках, торможениях и торможениях.

Используется метод средних потерь с учетом ухудшения охлаждения.

DА – потери энергии в Дж при пуске (DАп) и торможении (DАт).

;

 - коэффициент ухудшения охлаждения при останове;

 - для защищенных самовентилируемых ЭД;

 - для закрытых ЭД со встроенным вентилятором;

 - для закрытых ЭД с принудительной вентиляцией от вентилятора с отдельным двигателем;

 - коэффициент ухудшения охлаждения при пуске и торможении;

;    при

:

 - на номинальной скорости ухудшения охлаждения нет;

 - двигатель не перегревается.

Выбор типоразмера ЭД. Часть 1

Тип ЭД выбирают в зависимости от назначения АД, СД. ДПТ. Выбор типоразмера – это выбор по мощности и по частоте вращения из какой-то серии. Правильный выбор типоразмера определяет производительность, надежность, точность, окупаемость и другие свойства. Для регулируемых ЭМС выбор определяют также статические и динамические характеристики. Если Рном<Ртреб – снижается КПД, cos j, увеличивается себестоимость. Выбор типоразмера осуществляется по нагрузочным диаграммам Р=f(t) или М=f(t), учитывается работа на холостых ходах, при пусках, торможениях, в рабочих режимах.

Основным условием выбора является соотношение

        Рдн³Ртреб

wн³wм     , wм – угловая скорость механизма.

;

.

Для ступенчатого цикла группы

;

.

Для АД:

;

 - коэффициент из-за возможного падения напряжения сети.

Далее двигатель проверяется по нагреву, перегрузочной способности и условиям пуска.

5. Проверка ЭД по нагреву для режима S1 при постоянной и циклической нагрузке методом средних потерь.

а) при постоянной нагрузке

Если ЭД выбран с мощностью двигателя номинальной Рдн³Ртреб (требуемая), то проверка по нагреву не требуется;

б) при циклической нагрузке

Проверка по нагреву может осуществляться прямыми или косвенными методами. При прямых методах строятся графики зависимости t°=f(t) и t°£t°¥. Строятся эти графики по тепловым моделям (это очень сложно). Проще использовать косвенные методы.

Метод средних потерь.

Здесь считается, что количество энергии в виде потерь мощности, выделяемых в двигателе, равняется количеству энергии, отдаваемой в окружающую среду в виде тепла.

В ЭД:

 - в окружающую среду;

; 

 - время цикла;

А – теплоотдача в окружающую среду (А=const);

.

ЭД не перегревается, т.е. t°£t°¥ (t°¥ – установившаяся) при

.

Обычно график нагрузки имеет конечное число участков, поэтому

;

 - потери на i-ом участке. КПД (

) определяется по справочным данным для каждого ЭЛД на данном участке.

Режимы нагружения электродвигателей

Режимы нагружения электродвигателей разнообразны: циклы, переменные режимы, пуски, остановы.

Режимы нагружения нормируются по ГОСТ:

S1 – продолжительный режим;

S2 – кратковременный режим;

S3 – повторно-кратковременный;

S4-S5 – режимы с частыми пусками и торможениями;

S6-S8 – перемежающиеся режимы.

Электродвигатели выпускаются на определённый режим, который считается для них номинальным.

S1 – продолжительный режим.

S2 – кратковременный режим.

 - время работы;

 - время остановки.

На выпускаемых двигателях

 
.

S3 – повторно-кратковременный.

 - время цикла;

 - время работы;

 - время остановки.

 не больше 10 мин.

 - продолжительность включения.

S4-S5 – режимы с частыми пусками и торможениями.

S6-S8 – перемежающиеся режимы, включают в себя пуски, торможения, реверсы, пуски на разнообразных скоростях с реверсом.

Классы изоляции обмоток

Обмотки электродвигателей являются наименее теплостойкими элементами, по ним проходит ток, от которого стареет изоляция. Классы изоляции нормируются по ГОСТ.

Классы изоляции	E	B	F	H	C

E – бумага, шёлк, лак серии A, A0.

B, F, H – стекловолокно, асбест, лак.

Превышение температуры на

 приводит к уменьшению срока службы в 2 раза.

Нагревание электродвигателей

Нагрев электродвигателей снижает их работоспособность, как и электромеханической системы (ЭМС) в целом. Нагрев прежде всего приводит к старению электродвигателя и его обмоток и снижению срока службы до капитального ремонта.

Нагрев электродвигателей происходит из-за потерь энергии в виде потерь мощности

.

К постоянным потерям относятся магнитные потери (гистерезис), к переменным потерям относятся электрические потери в обмотках от рабочего тока. Температура нагрева электродвигателя называется перегревом и обозначается как

,

 - температура окружающей среды.

Перегрев изменяется по экспоненциальному закону, так как часть энергии, тепла, температуры уходит в окружающую среду.

 - установившееся значение перегрева;

 - постоянная времени нагрева.

 - время, в течение которого установился бы  перегрев

, если бы нагревание происходило линейно без отдачи тепла в окружающую среду.

 при

Охлаждение электродвигателя происходит так же по экспоненте

 
 для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с диаметром ротора

 

.

 
 для двигателей постоянного тока с диаметром вращающихся частей около

 

.