Избор на двигатели за механизми на циклично действие

Електрическите задвижващи механизми с циклично действие работят в периодичен режим, характерна особеност на която са честите стартиране и спиране на двигателя. От курса на теорията на електрическото задвижване е известно, че загубите на енергия в преходни процеси директно зависят от момента на инерцията на електрическото задвижване J∑, чиято основна част, ако изключим инерционните механизми, е моментът на инерция на мотора Jdv. Следователно, в режим на прекъсване е желателно да се използват двигатели, които при необходимата мощност и ъгловата скорост имат вероятно най -малкият момент на инерция Jdv.

Според условията на нагряване, допустимото натоварване на двигателя при периодична работа е по-високо, отколкото при продължителна работа. При започване с увеличен мотор със статично натоварване трябва също да развие увеличен стартов въртящ момент, надвишаващ статичния със стойността на необходимия динамичен въртящ момент. Следователно, при периодична работа изисква се по -голям капацитет на претоварване на двигателяотколкото с дълъг. Изискването за висок капацитет на претоварване се определя и от необходимостта от преодоляване на краткосрочните механични претоварвания, произтичащи от разделянето на товари, изкопаване на почвата и др.

И накрая, условията за нагряване и охлаждане на двигатели при периодична работа се различават от тези при непрекъсната работа. Тази разлика е особено изразена при самовентилирани двигатели, тъй като количеството охлаждащ въздух, постъпващ в двигателя, зависи от скоростта му. По време на преходни процеси и паузи разсейването на топлината на двигателя е нарушено, което оказва значително влияние върху допустимото натоварване на двигателя.

Всички тези условия определят необходимостта от употреба в електрически задвижвания с механизми за циклично действие специални двигатели, чието номинално натоварване е периодично, характеризиращо се с определен номинален работен цикъл

където Tp и да се — съответно работното време и времето за пауза.

В периодичен режим, при работа при номинално натоварване, температурата на двигателя се колебае около допустимата стойност, увеличавайки се по време на работа и намаляваща по време на пауза. Очевидно е, че температурните отклонения от допустимото колкото по -високо, толкова по -дълго е времето на цикъла при дадено PV Tq = Tр + да се и колкото по -малка е времевата константа на загряване на двигателя Тн.

До лимита възможна максимална температура на двигателя, ограничете допустимото време на цикъла. За битови двигатели с периодична работа допустимото време на цикъл е зададено равно на 10 минути. По този начин тези двигатели са проектирани за работен цикъл, чиято графика за стандартни времена на работа (работен цикъл = 15, 25, 40 и 60 и 100%) е показана на фиг. 1. С увеличаване на работния цикъл номиналната мощност на двигателя намалява.

Промишлеността произвежда редица серии двигатели с периодично натоварване:

— асинхронни кранове с ротор с катеричка в серия MTKF и с фазов ротор от серията MTF;

— подобни металургични серии МТКН и МТН;

— DC серия D (във версията за багери от серията DE).

Машините от посочената серия се характеризират с форма на удължен ротор (котва), която осигурява намаляване на инерционния момент.За да се намалят загубите, освободени в намотката на статора при преходни процеси, двигателите от сериите MTKF и MTKN имат повишено номинално приплъзване sHOM = 7 ÷ 12%. Капацитетът на претоварване на двигателите от крановата и металургичната серия е 2,3 — 3 при работен цикъл = 40%, което при работен цикъл = 100% съответства на λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.

V кранови двигатели Режимът AC се приема като основен номинален режим с работен цикъл = 40%, а в двигатели с постоянен ток — краткотраен режим с продължителност 60 минути (заедно с работен цикъл = 40%). Номиналните мощности на двигателите от крановата и металургичната серия при PVNOM = 40% са в диапазона: 1,4-22 kW за сериите MTF и MTKF; 3-37 kW и 3-160 kW съответно за сериите MTKN и MTN; 2,4-106 kW за серия D. Издуханите двигатели от серия D са направени за номинална мощност от 2,5 до 185 kW с работен цикъл = 100%.

Двигателите с катерична клетка могат да имат многоскоростна конструкция с две или три отделни намотки на статора: серия MTKN с броя на полюсите 6/12, 6/16 и 6/20 и номинална мощност от 2,2 до 22 kW при PVNOM = 40%; Серия MTKF с брой полюси 4/12, 4/24 и 4/8/24 и номинална мощност от 4 до 45 kW при PVN0M = 25%. Планира се производството на нова серия 4MT от асинхронни кранови и металургични двигатели в диапазона на мощност 2,2 — 200 (220) kW с работен цикъл от 40%.

Използването на двумоторно задвижване удвоява обхвата на приложение на изброените видове електрически машини. При големи необходими мощности се използват асинхронни двигатели от серия A, AO, AK, DAF и др., Както и постояннотокови двигатели от същата серия P в специализирани модификации, например във версията за багери на PE, MPE, за Асансьори MP L и др.

Избор на двигатели за кранови и металургични серии най -просто се извършва в случаите, когато действителният му работен график съвпада с един от номиналните, показани на фиг. 1. Каталозите и справочниците посочват номиналните данни на двигателите при PV-15, 25, 40, 60 и 100%. Следователно, когато задвижването работи с постоянен статичен товар Pst при номинален цикъл, не е трудно да се избере двигател с най -близката мощност от каталога от условието PNOM > Rst.

Реалните цикли обаче по правило са по-сложни, натоварването на двигателя в различни части на цикъла се оказва различно и времето за включване се различава от номиналното. При такива условия изборът на двигателя се извършва съгласно еквивалентен график, приведен в съответствие с един от номиналните на фиг. 1. За тази цел постоянният еквивалентен товар на отопление първо се определя при валиден PST, който след това се преизчислява до стандартната продължителност на включване на PST0M. Преизчисляването може да се извърши, като се използват съотношенията:

Съотношенията са приблизителни, тъй като не отчитат два важни фактора, които се променят с промяна в работния цикъл и влияят значително върху нагряването на двигателя.

Ориз. 1. Номиналният цикъл на двигателя за периодично натоварване.

Първият фактор е количеството топлина, отделяно в двигателя поради постоянни загуби… Това количество топлина се увеличава с увеличаване на PV и намалява при преминаване към по -ниски стойности на PV. Съответно, когато отидете на голям фотоволтаичен апарат, отоплението се увеличава и обратно.

Вторият фактор са условията на вентилация на двигателите. При самостоятелна вентилация условията на охлаждане по време на периоди на работа са няколко пъти по-добри, отколкото в периоди на паузи. Следователно, с увеличаване на PV, условията на охлаждане се подобряват, с намаляване се влошават.

Сравнявайки влиянието на тези два фактора, можем да заключим, че то е противоположно и до известна степен взаимно компенсирано. Поради това за съвременните серии приблизителните съотношения дават доста правилен резултат, ако се използват само за преизчисляване до номиналния работен цикъл, най -близък до ВЕЦ.

Известно е от теорията на електрическото задвижване, че методите за средни загуби и еквивалентни стойности, използвани при избора на двигател, са от верификационен характер, тъй като изискват познаване на редица параметри на предварително избран двигател. Когато правите предварителен подбор, за да се избегнат множество грешки, е необходимо да се вземат предвид характеристиките на конкретен механизъм.

За общи индустриални механизми на циклично действие можете да посочите трите най -типични случая на предварително избор на двигател:

1. Работният цикъл на механизма е зададен, а динамичните натоварвания имат незначителен ефект върху нагряването на двигателя.

2. Цикълът на механизма е зададен и е известно, че динамичните натоварвания влияят значително върху загряването на двигателя.

3. Цикълът на механизма не се определя от задачата.

Първият случай е най -типичен за механизми с ниски инерционни маси — еднократни повдигащи и тягови лебедки. Ефектът от динамичните натоварвания върху нагряването на двигателя може да бъде оценен чрез сравняване на продължителността на стартиране tp с продължителността на режима на работа в стационарно състояние.

Ако tп << tycт изборът на двигателя може да се направи според диаграмата на натоварване на задвижването. Според тази диаграма на натоварване, средносрочният въртящ момент на натоварване се определя по формулите, дадени по -рано, той се преизчислява до най -близкия номинален работен цикъл и след това необходимата мощност на двигателя се определя при дадена работна скорост ωр:

В този случай приблизително отчитане на влиянието на динамичните натоварвания се извършва чрез въвеждане на коефициент на безопасност kz = 1,1 ÷ 1,5 във формулата. С увеличаване на съотношението tp / tyct коефициентът на безопасност трябва да се увеличи приблизително, като се приеме, че при tp / tyct0,2 — 0,3 е повече.

Предварително избраният двигател трябва да бъде проверен за нагряване по един от методите според теорията на електрическото задвижване, както и капацитет за претоварване от условието:

където Mdop е допустимият момент на краткосрочно претоварване.

За двигатели с постоянен ток въртящият момент е ограничен от условията за комутация на тока върху колектора:

където λ е капацитетът на претоварване на двигателя според каталожните данни.

За асинхронни двигатели при определяне на Mdop е необходимо да се вземе предвид възможността за намаляване на мрежовото напрежение с 10%. Тъй като критичният момент Mcr е пропорционален на квадрата на напрежението, тогава

Освен това асинхронните двигатели с катеричка трябва да бъдат проверени по същия начин чрез началния въртящ момент.

Вторият случай е характерен за механизми с големи инерционни маси — тежки и високоскоростни механизми на движение и въртене, но може да се осъществи и в други случаи с висока честота на стартиране.

Тук може да се направи оценка на влиянието на динамичните натоварвания чрез сравняване на времето на преходния процес и стационарната работа. Ако те са съизмерими или tp> тактични, динамичните натоварвания не могат да бъдат пренебрегнати дори когато двигателят е предварително избран.

В този случай е необходимо да се конструира за предварителния подбор приблизителна диаграма на натоварване на двигателя, като е задал, по аналогия с текущите настройки, своя инерционен момент. Ако Jdw << Jm, грешка в стойността на Jdw не може да има значителен ефект върху правилността на избора и освен това последващото изчисление за проверка дава необходимите разяснения във всеки случай.

И накрая, третият случай е характерен за механизми с универсално предназначение, за които е трудно да се изгради специфичен работен цикъл. Пример за това са механизмите на нормален мостови подвижен кран с ниска товароносимост, който може да се използва в различни производствени зони.

Основата за избор на двигател в такива случаи може да бъде цикъл на заселване, при който на първата работна секция tp1 двигателят работи с максимално натоварване MCT1, а на втората tp2 с минимално натоварване MCT2.Ако е известно, че влиянието на динамичните натоварвания върху нагряването на двигателя на този механизъм е малко, е възможно да се определи средноквадратичен (еквивалент при нагряване) момент на натоварване, приемайки tp1 = tp2

Необходимата мощност на двигателя при дадена работна скорост се определя от съотношението

Изборът на двигателя според каталога се прави от условието Ptr <Pnom при изчислената продължителност на включване на PVnom, зададен за механизма.

За крановите механизми правилата установяват следните режими на работа, определени от съвкупността от техните експлоатационни условия:

• светлина — L (PVNOM == 15 ÷ 25%, броят на стартиранията на час h <60 1 / h),

• среда — С (PVNOM = 25 — 40%, h <120 1 / h),

• тежък — T (PVNOM = 40%, h <240 1 / h)

• много тежък — HT (DFR = 60%, h <600 1 / h).

• особено тежки — OT (работен цикъл = 100%, h> 600 1 / h).

Наличието на тези данни, базирани на статистически материали, позволява, ако е необходимо, да се уточни условният цикъл на механизма, приет по -горе като изчислен. Всъщност времето за работа е определено

което дава възможност за предварително избиране на двигателя по същите начини, както в първите два случая, разгледани по-горе. Това е особено важно, когато може да се приеме, че ефектът от динамичните натоварвания върху нагряването на двигателя е значителен.