установившимся, когда превышение температуры двига теля составляет (0,95 ч- 0,98) тус1, т. е.
/уст ^ (3 -т- 4) Г и.
Таким образом, время изменения превышения темпера туры зависит от постоянной времени нагрева двигателя. Так как теплоемкость двигателя пропорциональна его объему, а теплоотдача — площади его поверхности, то
Рис. 11-1. Графики пзменетшя превышения температуры двигателя при его включении (я), увеличении (б) и умеш.шенип (в) нагруз ки, а также при отключении двигателя от сетп (г).
двигатели большой мощности, Закрытые, с низкой номи нальной скоростью, т. е. двигатели, имеющие большие габариты, имеют соответственно и большую постоянную времени нагрева. У двигателей с самовеитиляцией тепло отдача А и, следовательно, постоянная времени Та зависят от скорости. Например, для неподвижного двигателя она больше, чем для вращающегося с номинальной ско ростью.
Процессы нагрева и охлаждения двигателей протекают сравнительно медленно. Так, постоянные времени нагрева крановых двигателей лежат в пределах от 0,5 до несколь ких часов.
Следует обратить внимание на заметное отличие между действительным и теоретическим графиками нагрева обмо-
ток двигателя в начале процесса нагрева. Действительное повышение температуры обмоток сначала идет быстрее, чем это предусматривается теоретическими положениями, так как процесс пагрева обмоток вследствие низкой теплопроводности изоляции па этой стадпп близок к адиа батическому. Только при превышениях температуры т > > (0,5 ч- 0,(3) туст действительный график нагрева обмо ток приближается к экспоненциальному. Отличие дейст вительного графика нагрева от экспоненты в начале процесса приводит к тому, что определение постоянной
0 10 20 20 40 50 60 70 80 30 100 110 120мин
Рис. 11-2. Завпспмостп превышения температуры обмоток асппхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (Ра = 14 кВт, л0 = 1500 об/мпн) при номппалыюй по стоянной нагрузке.
------------ экспериментальная;------------------- ------теоретическая.
времени нагрева по начальному участку кривой т (I) может привести к значительной погрешности.
Для иллюстращш данного положения на рис. 11-2 при ведены расчетная и действительная кривые нагрева обмот ки статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, постоянная времени нагрева которого состав ляет ТИ = 20 мин и получена использованием действи тельной. кривой нагрева из условия: т = 0,95 туст при t = 3Та.
При различных нагрузках процессу нагрева двигателя будут соответствовать различные графики т (t) (рис. 11-1, а и б). Постоянная времени нагрева двигателя остается при этом неизменной. Значения установившихся температур туст1 и туст2 будут лежать тем выше, чем больше нагружен двигатель, так как значение установив
шейся температуры пропорционально потерям в. двига теле.
Если нагрузка двигателя во время работы изменяется, то изменяется и количество тепла, выделяемое в разные периоды времени. При переменной нагрузке график изме
нения температуры двигателя |
Ч |
|
|
(рис. 11-3) представляет собой |
|
|
|
ломаную линию. С увеличением |
|
|
|
нагрузки растут потери и тем |
|
|
|
пература двигателя. При сни |
|
|
|
жении ее, например, до вели |
|
|
|
чины, обусловленной холостым |
|
|
|
ходом двигателя, потери умень |
|
|
|
шаются и температура двига |
|
|
|
теля соответственно снижается. |
Рис. |
11-3. График измене |
Таким образом, при переменной |
нагрузке температура двигате |
ния |
превышения |
темпера |
туры |
двигателя |
т (/) при |
ля непрерывно изменяется. |
изменении потерь мощности |
Необходимость определения |
АР (<)• |
температуры двигателя обус |
|
ловлена тем, что при правильном его выборе должно соблюдаться условие
где ТдОП— допустимое превышение температуры, опреде ляемое классом изоляции, применяемой в дви гателе;
тмаКо — наибольшее значение превышения темпера туры двигателя в процессе работы при пере менной нагрузке.
Для определения значения тыако необходимо знать график изменения потерь мощности от времени, который в свою очередь обусловлен графикомнзменения нагрузки — нагрузочной диаграммой. Производственные механизмы по характеру изменения нагрузки на валу могут быть отнесены к нескольким группам с типовыми рабочими режимами. Наиболее характерными для промышленных электроприводов являются три режима.
1. |
П р о д о л ж и т е л ь н ы й режим работы. В этом |
режиме |
рабочий период столь велик, что температура |
двигателя достигает своего установившегося значения. В качестве примеров здесь могут служить длительно рабо тающие двигатели вентиляторов, насосов, преобразова тельных установок и т. п., где периоды работы измеряются
часами п даже сутками. Упрощенные графики для этого
режима |
при Р = const и АР = const приведены на |
рис. 11-4, а. |
2. |
К р а т к о в р е м е н н ы й режим работы характ |
ризуется тем, что в рабочий период температура двига теля не успевает достигнуть установившегося значения, а пауза столь длительна, что температура двигателя сни жается до температуры охлаждающей среды. Такой режим встречается, например, в приводах разводных мостов, шлюзов, зажимов колонн металлорежущих станков и т. и.,
Р
в)
Рис. 11-4. Диаграммы пзмепепия мощности диигателя (Р ), потерь мощности (ДР) и превышсиия темпера туры (т) для продолжительного (п), кратковременного
(6) и повторио-кратковрсмонного (в) режимов работы.
где пауза в работе значительно превышает длительность рабочего периода. Упрощенные графики для такого режима приведены на рис. 11-4, б.
3. П о в т о р н о - к р а т к о в р е м е н н ы й режи работы. При этом режиме ни в одном из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время паузы двигатель не успевает охла диться до температуры охлаждающей среды. Т ипи чны м примером таких приводов являются электроприводы ме ханизмов кранов, лифтов, некоторых металлорежущих станков и т. п. Упрощенные графики для этого режима показаны на рис. 11-4, в.
Условия нагрева машин для указанных режимов неодинаковы, в связи с чем методы выбора двигателей по мощности различны и в дальнейшем рассматриваются отдельно для каждого режима работы.
11-3. ПОСТРОЕНИЕ НАГРУЗОЧНЫХ ДИАГРАММ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Принято различать нагрузочные диаграммы механизма и двигателя. Под нагрузочной диаграммой механизма подразумевается зависимость статического момента от времени М 0 (/). Для двигателя эта зависимость более сложна; она определяется не только статическими режи мами работы, но и переходными процессами электропри вода, так как
M = M C +J f t .
Переходные процессы в системе электропривода ока зывают заметное влияние на момент, развиваемый двига телем, и соответственно на зависимость М (/). К ним в пер вую очередь относятся: включение двигателя в сеть и его отключение, изменение подводимого напряжения, изме нение параметров главных цепей и цепей возбуждения и т. п. В этих случаях электропривод работает в переход ных режимах, а значит, da/dt Ф 0.Поэтому при построении нагрузочной диаграммы двигателя М (t) следует пользо ваться уравнением движения.
Для многих электроприводов, работающих длительно с постоянными нагрузкой и скоростью, можно не счи таться с потерями энергии в переходных процессах, т. е. можно не учитывать динамическую составляющую момента
двигателя. В этом случае М (t) |
— М с = const и Р (t) = |
= Рс = const. Напомним, |
что |
|
М с = Мр.0/ щ |
и |
Рс= Рр.о/ть |
где M v о, Рр о — момент и мощность на валу рабочего органа производственного механизма; ip, г] — передаточное отношение и к. п. д. пере дач, устанавливаемых между двига телем и рабочим органом механизма.
Формулы для расчета мощности и момента производ ственных механизмов определяются спецификой их работы и, как правило, относительно просты. Так, мощность насоса зависит от массы перекачиваемой ж и дко сти и ско рости ее движения, мощность двигателя подъемного механизма определяется массой поднимаемого груза и скоростью подъема, мощность двигателя шпинделя метал-
Лорежущего станка определяется усилием и скоростью резания и т. д.
Более сложным представляется построение нагрузоч ной диаграммы электропривода, когда скорость, уско рение и другие показатели системы не остаются постоян
|
ными в процессе работы механизма. |
В качестве примера |
|
|
рассмотрим принципиальные |
|
|
положения, связанные с по |
|
|
строением нагрузочной диа |
|
|
граммы лифта для одного из |
|
|
рабочих |
|
участков, |
который |
|
|
характеризуется тем, что на |
|
|
нем кабина лифта разгоняет |
|
|
ся до определенной скорости, |
|
|
движется некоторое |
время с |
|
|
постоянной скоростью, а за |
|
|
тем лифт |
затормаживается. |
|
|
По соответствующим фор |
|
|
мулам можно определить ста |
|
|
тическую |
нагрузку |
лифта, |
|
|
представляющуюся |
зависи |
|
|
мостью |
М с (t). |
Заданными |
|
|
для лифта являются устано |
|
|
вившаяся |
скорость |
движе |
|
|
ния, а также максимальные |
|
|
величины |
da/dt |
и |
d2a>/df, |
|
|
которые обусловливаются со |
|
|
ответствующими нормами. |
|
|
В соответствии с задан |
|
|
ными условиями нагрузочная |
|
Рпс. 11-5. К построению на |
диаграмма .лифта строится в |
|
виде семиучасткового графи |
|
грузочной дпаграшсы двигате |
|
ля электропривода • пассажир |
ка (рис. 11-5). Первым строит |
|
ского лифта. |
ся участок 4 графика, на ко |
|
|
тором скорость движения ка- |
бины остается постоянной: затем могут быть построены участки 2 и 6 графика, где постоянными являются соот ветственно ускорение и замедление, которые определяются нормами, а скорость увеличивается или уменьшается по линейному закону. Участки 1, 3, 5, 7 характеризуются линейным изменением ускорения, при котором вторая про изводная скорости по времени (рывок) остается постоян ной, обусловленной нормами, а скорость изменяется по параболическому закону.