Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как проверить двигатель на перегрузочную способность

Как проверить двигатель на перегрузочную способность

Выбрав двигатель подходящей мощности и нужных оборотов по каталогу производителя, убедившись, что значения его номинальных напряжения и тока соответствуют вашей сети, подобрав тип крепления и условия вентиляции именно для вашего оборудования, убедившись, что исполнение корпуса подходит для условий окружающей среды, — двигатель необходимо проверить. И проверяют двигатель не просто на работоспособность, а на перегрузку, на нагрев, на условия пуска в установленном виде.

Поверка на нагрев

Для проверки двигателя на нагрев применяют методы эквивалентного тока, эквивалентной мощности, эквивалентного момента.

Проверку по методу эквивалентного тока применяют тогда, когда имеется точный, заранее полученный, график зависимости тока от времени в процессе работы двигателя. Такой график получается экспериментальным или расчетным путем. И если двигатель по результатам проверки удовлетворяет условию:

то проверку по нагреву он проходит.

Проверка по методу эквивалентного момента подойдет тем двигателям, которые работают при постоянном магнитном потоке. К таким двигателям относятся: двигатели постоянного тока с независимым возбуждением и асинхронные двигатели, работающие при скольжении близком к номинальному. Двигатель пройдет проверку на нагрев, если будет выполнено условие:

Проверку по методу эквивалентной мощности применяют лишь для тех двигателей, работа которых предполагается не только при постоянном магнитном потоке, но и при постоянных оборотах. Данные условия соблюдаются тогда, когда двигатель работает под переменной нагрузкой меньше номинальной при почти постоянных оборотах. Условие проверки следующее:

Когда двигатель работает повторно кратковременно, то эквивалентный ток, эквивалентный момент и эквивалентная мощность берутся исключительно в рабочие промежутки времени, паузы исключаются из рассмотрения. Если теоретические значения продолжительностей включения (ПВ) отличаются от стандартных, то эквивалентное значение продолжительности включения приводится к стандартному значению ПВ вот так:

Проверка считается успешной, если двигатель удовлетворяет условиям нагрева при заданном ПВст:

Если эквивалентные мощность, момент или ток, превысят номинал данного двигателя, то перегрев будет недопустимым, а значит необходимо будет выбрать двигатель большей номинальной мощности, после чего повторить проверку на перегрев с учетом реальных ПВ.

Проверка на перегрузку

Исходя из известной нагрузочной диаграммы (зависимость момента на валу от времени), проверяют двигатель на перегрузку по следующим условиям:

Проверку по условиям пуска выполняют исходя из следующих условий:

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

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Проверка двигателей по нагреву прямым методом

Электрический двигатель при работе может нагреваться лишь до определённой, допустимой температуры, определяемой нагревостойкостью изоляционных материалов. Соблюдение установленной изготовителем допустимой температуры нагрева обеспечивает нормативный срок службы двигателя 15. 20 лет. Превышение допустимой температуры ведёт к преждевременному разрушению изоляции обмоток и сокращению срока службы. Так для изоляции класса А превышение температуры нагрева на 8. 10 0 С сокращает срок службы вдвое.

В современных двигателях применяются следующие классы изоляции (основными классами являются B, F, H).

класс изоляцииАЕBFHC
Предельно допустимая температура , 0 С>180

Сущность проверки двигателя по нагреву состоит в сопоставлении допустимой для него температуры с той, которую он имеет при работе. Очевидно, что если рабочая температура двигателя не превышает допустимую, то двигатель работает в допустимом тепловом режиме, и наоборот. Обычно оценивается не абсолютная температура, а перегрев, или превышение температуры t, которое представляет собой разность температур двигателя θд и окружающей среды θс

.

При выполнении тепловых расчетов принимается стандартная температура окружающей среды, равная 40 0 С.

Двигатель будет работать в допустимом тепловом режиме при выполнении условия

,

где — максимальный перегрев при работе двигателя; — допустимый перегрев двигателя, определяемый классом изоляции.

Проверка этого условия может быть выполнена прямым методом, предусматривающим построение кривой нагрева (t) за цикл работы двигателя.

В связи с невозможностью проведения точного изучения теплового режима работы обычно принимают следующие допущения:

· двигатель рассматривается как однородное тело, имеющее бесконечно большую теплопроводность и одинаковую температуру во всех точках;

· теплоотдача во внешнюю среду пропорциональна разности температур двигателя и окружающей среды;

· окружающая среда обладает бесконечно большой теплоёмкостью, т.е. в процессе нагрева двигателя её температура не меняется;

· теплоёмкость двигателя и его теплоотдача не зависят от температуры двигателя.

Составим уравнение теплового баланса

,

где потери мощности в двигателе, или количество тепла, выделяемое в двигателе за 1с; количество теплоты, выделяемое в двигателе за время dt; – количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду; – количество теплоты, поглощаемое двигателем; – теплоотдача двигателя – количество теплоты, отдаваемое двигателем в окружающую среду за 1с при разности температур двигателя и окружающей среды в 1 0 С, (); C – теплоёмкость двигателя – количество теплоты, необходимое для повышения температуры двигателя на 1 0 С, ().

Разделим обе части уравнения на Adt

,

где – постоянная времени нагрева двигателя; – установившееся превышение температуры двигателя.

Физическое толкование постоянной времени нагрева состоит в том, что это время нагрева двигателя до установившегося превышения температуры при отсутствии теплоотдачи теплоты в окружающую среду.

Тепловые процессы двигателя при принятых допущениях описывается линейным дифференциальным уравнением первого порядка. При постоянных потерях его решение имеет вид

нач.

Уравнение нагрева может быть использовано как при нагреве, так и при охлаждении.

Количественно ухудшение теплоотдачи характеризуется коэффициентом ухудшения теплоотдачи при неподвижном роторе

Читать еще:  Что означает мощность двигателя ограничена

,

где А, А – теплоотдача соответственно при неподвижном двигателе и номинальной скорости.

Примерные значения коэффициента для двигателей с различной системой охлаждения представлены в таблице.

исполнение двигателя
закрытый с независимой вентиляцией
закрытый без принудительного охлаждения0,95. 0,98
закрытый самовентилируемый0,45. 0,55
защищенный самовентилируемый0,25. 0,35

Постоянная времени охлаждения при неподвижном двигателе

.

Так как , то , т. е. охлаждение неподвижного двигателя происходит медленнее, чем его нагрев.

На рисунке приведены кривые нагрева двигателя для различных нач и Р. Большим потерям мощности в двигателе соответствует большее значение установившегося превышения температуры.

Охлаждение двигателя на рисунке сопровождается снижением перегрева по кривой 1 при уменьшении нагрузки и по кривым 2 и 3 при отключении двигателя от сети.

Порядок проверки двигателя по нагреву прямым методом состоит в следующем. По известному графику нагрузки двигателя определяются потери мощности на отдельных участках цикла и с их помощью находятся значения установившегося перегрева на каждом участке по формуле

.

Далее для участков работы (нагрева) и паузы (охлаждения) определяются постоянные времени нагрева и охлаждения

.

Затем по уравнению нагрева строится кривая (t), при этом начальным значением нач i на каждом следующем участке является его конечное значение кон i-1 на предыдущем участке.

Из построенной таким образом кривой перегрева (t) находится его максимальное значение и проверяется выполнение условие

.

|следующая лекция ==>
Механизмы передвижения подъемных кранов|Проверка двигателей по нагреву косвенными методами

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Проверка двигателей по нагреву. Методы эквивалентных величин

Лекция 15

Цель: научиться выбирать мощность двигателя для различных видов нагрузки.

Проверка двигателей по нагреву в продолжительном режиме работы может проводиться методом средних потерь.Пусть нагрузочная диаграмма носит циклический характер и имеет вид, представленный на рисунке 7. В таком случае количество тепла, запасенное в начале цикла, не отличается от количества тепла, запасенного в двигателе в конце цикла, т.е. все выделившееся за цикл тепло отводится в окружающую среду:

, (15.1)

Средняя за цикл мощность потерь пропорциональна средней температуре перегрева. Для номинального режима

. (15.2)

∆РН номинальная мощность потерь, равная

, (15.3)

где РН – номинальная мощность двигателя;

ηН – номинальный КПД двигателя;

τН = τДОП – номинальная (допустимая) температура перегрева двигателя.

Сравнивая (12.1) и (12.2), приходим к формулировке метода средних потерь. Если средняя за цикл мощность потерь не превосходит номинальную мощность потерь (∆РСР ≤ ∆РН), то средняя температура перегрева не превышает допустимую ( τСРτН = τДОП). Последовательность проверки следующая. Для каждого уровня нагрузки двигателя (рисунок 15.1) по кривой η(М) определим значение КПД ηi , вычислим мощность Pi =Miωi и определим потери

.

Затем вычислим средние потери

(в примере n=3) и сравним их с ∆РН , определенными по (15.3). Если ∆РСР ≤ ∆РН , двигатель выбран правильно. Если окажется, что ∆РСР > ∆РН , двигатель будет перегреваться, что недопустимо. Если же ∆РСР « ∆РН , двигатель будет плохо использован по нагреву. В обоих случаях необходимо выбрать другую мощность двигателя, перестроить нагрузочную диаграмму и вновь провести проверку.

Если в распоряжении расчетчика в результате построения нагрузочной диаграммы имеются кривые тока I(t), проверку двигателя по нагреву можно провести без вычисления потерь, используя метод эквивалентного тока.

Потери в ЭД можно рассматривать как сумму постоянных потерь k, не зависящих от нагрузки и переменных потерь I 2 R, целиком определяемых нагрузкой

.

К постоянным потерям относятся механические, вентиляционные и потери в стали, которые зависят от напряжения, скорости и т.п. , и практически не зависят от нагрузки.

Назовем эквивалентным током такой неизменяющийся по величине ток, при работе с которым в электрическом двигателе выделяются потери, равные средним потерям при переменном графике нагрузки, т.е.

.

Средняя мощность потерь за цикл при переменном графике нагрузки двигателя и продолжительном режиме работы

.

Выразив потери на каждом участке графика через постоянную и переменную составляющие и заменив средние потери их значением через эквивалентный ток, получим

.

Открыв скобки и сгруппировав постоянные и переменные потери, получим

,

откуда эквивалентный ток при переменном графике нагрузки

,

или, в общем случае

.

Вычисленный таким образом ток сопоставляется с номинальным током выбранного двигателя, и при IЭКВ ≤ IН двигатель удовлетворяет условиям нагрева.

Если магнитный поток ЭД в цикле постоянен, то, учитывая, что М = cI, который вычисляется по формуле

Условие проверки по нагреву — МЭКВ ≤ МН .

При нагрузочной диаграмме, заданной в виде графика мощности, и при работе ЭД с постоянным потоком ипрактически постоянной скоростью, можно использовать метод эквивалентной мощности, вычисляемой, как

.

В этом случае условие проверки по нагреву — РЭКВ ≤ РН .

Для проверки двигателей по нагреву в повторно – кратковременном режиме (ПКР) работыиспользуетсяпонятие относительной продолжительности включения (ПВ) – отношения суммы времени работы двигателя ко времени цикла

Для работы в ПКР используются специальные серии электродвигателей. Стандартом установлены пять значений ПВ: 15, 25, 40, 60 и 100%, для которых завод – изготовитель определяет номинальную мощность, ток и т.п. и дает эти величины в каталогах. Нам остается привести реальный график к идеальному, стандартному, приведя эквивалентный рабочий ток при заданной ПВ Iε к рабочему току при ближайшем при стандартном значении ПВ IεC

.

Полученный таким образом рабочий ток IεC, приведенный к стандартному значению ПВ, сопоставляется с номинальным током двигателя при том же значении εС и если IεC,IН, то двигатель удовлетворяет требованиям нагрева.

Читать еще:  Двигатель 402 после капремонта не заводится

Двигатели, работающие в кратковременном режиме (КР), обычно недоиспользованы в тепловом отношении, поэтому их выбор и проверка производится по перегрузочной способности. Если ЭД выбирается из серии, специально предназначенной для работы в КР, то приводят реальную нагрузочную диаграмму к расчетной и сравнивают полученные величины (ток, момент) с указанными в каталоге для данного расчетного режима.

Проверка двигателей по нагреву в продолжительном режиме

Если известна нагрузочная диаграмма двигателя и его тепловые параметры, то можно построить график t (t) и, оценив действительный перегрев, сравнить его с допустимым. Этот путь весьма громоздок, в связи с чем на практике пользуются упрощенными приемами, основанными на косвенной оценке перегрева. В основе этих приемов лежит метод средних потерь .

Пусть нагрузочная диаграмма двигателя имеет циклический характер, а момент в каждом цикле не остается неизменным, т.е. двигатель работает с переменной нагрузкой (режимы S6 , S7 или S8 ).

Рассмотрим “далекий” цикл, в котором тепловые процессы в двигателе установились, т.е. температуры перегрева в начале и в конце цикла равны, а в течение цикла t изменяется около среднего уровня t ср . Равенство температур перегрева в начале и конце цикла свидетельствует о том, что количество тепла, запасенное в двигателе к началу цикла, не отличается от количества тепла, запасенного в двигателе в конце цикла, т.е. тепло в двигателе не запасается. Это значит, что все выделившееся за цикл тепло отводится в окружающую среду., т.е.

(11)

Уравнение (11), выражающее закон сохранения энергии в интегральной форме, можно записать в следующем виде:

, (12)

т.е. средняя за цикл мощность потерь пропорциональна средней температуре перегрева .

Для номинального режима, в соответствии с (6) имеем:

, (13)

где D Р н – номинальная мощность потерь;

Р н – номинальная мощность двигателя;

h н – номинальный КПД двигателя;

t н = t доп — номинальная (допустимая) температура перегрева двигателя.

Сравнивая (12) и (13), легко прийти к формулировке метода средних потерь: если средняя за цикл мощность потерь не превосходит номинальную мощность потерь , т.е.

,

то средняя температура перегрева не превышает допустимую

.

Пусть нагрузочная диаграмма, построенная для предварительно выбранного двигателя, имеет вид, представленный на рис. 9. Для каждого уровня нагрузки двигателя (на каждом участке диаграммы) вычислим мощность P i = M i w i по кривой h ( Р/Р н ) определим значение КПД h i , и найдем потери

Рис. 9. Нагрузочная диаграмма и кривая t (t) для “далекого” цикла

Затем вычислим средние потери:

(в примере n = 3) и сравним их с D Р н . Если D Р ср Ј D Р н , двигатель выбран правильно.

Если при сопоставлении средних потерь за цикл с номинальными потерями окажется, что D Р ср > D Р н , то двигатель будет перегреваться, что недопустимо. Наоборот, при D Р ср D Р н двигатель будет плохо использован по нагреву. В обоих случаях необходимо выбрать другой двигатель, перестроить нагрузочную диаграмму и вновь проверить двигатель по нагреву путем сопоставления средних потерь при переменном графике нагрузки с номинальными потерями при постоянной нагрузке.

Метод средних потерь позволяет оценивать среднюю температуру перегрева, не прибегая к построению t (t) . Действительная температура отличается от средней, однако, если выполняется условие

то эта разница будет весьма малой. Условие (14) является необходимым при использовании метода средних потерь .

Метод средних потерь требует знания кривой КПД двигателя в функции его нагрузки и предварительного определения потерь на каждом из участков графика, что вносит некоторые усложнения в расчет. Если в распоряжении расчетчика в результате построения нагрузочной диаграммы имеются кривые тока в функции времени, то при некоторых условиях можно произвести проверку двигателя по нагреву без вычисления потерь, воспользовавшись методом эквивалентного тока .

В соответствии с (6.8) потери в двигателе можно рассматривать как сумму постоянных потерь k , не зависящих от нагрузки, и переменных I 2 R , всецело определяемых нагрузкой.

Назовем эквивалентным током такой неизменяющийся ток, при работе с которым в электрическом двигателе выделяются потери, равные средним потерям при переменном графике нагрузки, т.е.

(15)

Средняя мощность потерь за цикл при переменном графике нагрузки двигателя и продолжительном режиме работы

Выразив потери на каждом из участков графика D Р i через постоянную и переменную составляющие и заменив средние потери их значением через эквивалентный ток, получим :

Открыв скобки и сгруппировав постоянные и переменные потери, получим:

откуда эквивалентный ток при переменном графике нагрузки

(16)

или в общем случае

(17)

Вычисленный таким образом эквивалентный ток сопоставляется с номинальным током предварительно выбранного двигателя и если окажется, что I экв Ј I н , то двигатель удовлетворяет требованиям нагрева.

Метод эквивалентного тока, как и метод средних потерь, основан на допущении близости среднего за цикл и максимального перегревов. Это допущение не влечет за собой существенной погрешности, если выполнено условие (14). Кроме того, метод эквивалентного тока исходит из предположения независимости потерь в стали и механических от нагрузки и предполагает постоянство величины сопротивления главной цепи двигателя на всех участках заданного графика нагрузки. Следовательно, в случаях, когда k № const (например, когда асинхронный двигатель работает при изменяющемся напряжении) или R № const (асинхронный двигатель с глубоким пазом или двойной клеткой в режиме переменного скольжения), метод эквивалентного тока может привести к существенным погрешностям.

В ряде случаев при проверке двигателя по нагреву удобно пользоваться графиком момента, развиваемого двигателем, в функции времени. Если поток двигателя при этом постоянен, то между моментом и током существует прямая пропорциональность (М = сI) . В этих случаях возможна проверка двигателя по эквивалентному моменту, который для ступенчатого графика вычисляется по формуле

Читать еще:  Шевроле круз загорелся чек после запуска двигателя

(18)

Величина эквивалентного момента сопоставляется с номинальным моментом, и если М экв Ј М н , то двигатель удовлетворяет требованиям нагрева.

Метод эквивалентного момента применим для проверки по нагреву синхронных и асинхронных двигателей нормального исполнения и двигателей независимого возбуждения при работе с номинальным потоком.

Если нагрузочная диаграмма двигателя задана в виде графика мощности, то проверка двигателя по нагреву на основе заданного графика может быть произведена непосредственно лишь в случаях, когда между мощностью и током существует прямая пропорциональность, что имеет место при работе двигателя с постоянным потоком и скоростью.

Для ступенчатого графика эквивалентная мощность вычисляется по формуле

(19)

и сравнивается с номинальной мощностью двигателя; проверяется выполнение условия Р экв Ј Р н .

3.2.2. Проверка двигателя по нагреву и перегрузке

Располагая графиком суммарного момента (с учетом динамических моментов), можно произвести проверку двигателя по нагреву методом эквивалентного момента. Для механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме, нужно рассчитать продолжительность включения двигателя

, (3.9)

где – соответственно суммарное время пуска установившегося движения, торможения и пауз.

Эквивалентный момент в общем случае определяется как:

, (3.10)

Здесь и– коэффициенты, учитывающие ухудшение охлаждения двигателя соответственно при пуске (торможении) и остановке.

При расчете нужно учитывать режим работы двигателя, так при повторно-кратковременном режиме работы время паузt в формуле (3.10) исключается.

Полученную величину эквивалентного момента при повторно-кратковременном режиме необходимо привести к ближайшей стандартной продолжительности включения по формуле

, (3.11)

Двигатель проходит по нагреву, если,. Если номинальный момент двигателя меньше эквивалентного, то нужно выбирать по каталогу другой ближайший больший двигатель и повторить расчеты.

Проверка двигателя по перегрузке производится с помощью неравенства

, (3.12)

где – максимальный момент по нагрузочной диаграмме;

–коэффициент перегрузки двигателя по моменту, задается в каталоге для данного двигателя.

4. Расчет характеристик электродвигателя

4.1. Расчет и построение электромеханических и механических характеристик электродвигателя

Электромеханической характеристикой называется зависимость угловой скорости двигателя от тока главной цепи, то есть .

Механической характеристикой называется зависимость угловой скорости двигателя от развиваемого им момента на валу, то есть .

Электромеханические и механические характеристики можно изобразить в виде графиков.

Для асинхронного двигателя уравнения механической характеристики выражается формулами [2,5]

, (4.1)

, (4.2)

где – критический момент, развиваемый электродвигателем, Н м;

–критическое скольжение, соответствующее ;

–текущее значение скольжения;

–коэффициент, учитывающий отношение сопротивления обмотки статора к приведенному сопротивлению ротора.

Для двигателей большой мощности можно принять , тогда уравнение механической характеристики принимает вид

, (4.3)

Приведенные уравнения позволяют по паспортным данным машины определить ее естественную характеристику M=f(s). Для этого предварительно вычисляют величины

,

затем, задаваясь скольжением в пределах s=О—I, по уравнению механической характеристики (4.1) или (4.2) определяют значения момента M и строят механическую характеристику.

Для всех типов асинхронных двигателей при построении механических характеристик в тормозных режимах необходимо учитывать изменение величины и знаков перед скольжением и моментом на валу [2, 5].

4.2. Расчет пусковых и тормозных устройств электродвигателей

4.2.1. Расчет пусковых сопротивлений асинхронного двигателя с фазным ротором

Пуск в ход асинхронных электродвигателей с фазным ротором производится с помощью резистора, включенного в цепь ротора. Это уменьшает начальный пусковой ток и позволяет получить пусковой момент, близкий к максимальному моменту двигателя. Ступени пускового резистора могут служить также для регулирования скорости вращения двигателя. В этом случае пускорегулирующие резисторы должны выдерживать, без опасного для них нагрева, достаточно длительное включение.

Рассчитывают эти резисторы двумя способами: графическим и аналитическим.

Графический метод основан на прямолинейности механических характеристик и аналогичен расчету для двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Методики графического расчета пусковых сопротивлений для указанных двигателей приведены в [5,6,7], примеры расчета показаны в [5], с. 203-206.

При аналитическом расчете необходимо задаваться двумя величинами из трех: М1, М2, m. Для асинхронных двигателей обычно принимают М1=(180-250) от МН; М2=(110-120) от МН, где МН номинальный момент двигателя, который принимается равным нагрузочному МС, т.е. МНС.Н.

При аналитическом расчете необходимо помнить, что для асинхронных двигателей обычно принимают 3-5 ступеней ускорения. Если число ступеней неизвестно, то их можно определить по выражению:

, (4.3)

где m — число ступеней резистора,

М1 — максимальный пусковой момент,

sH — номинальное скольжение электродвигателя,  —

;

— отношение максимального пускового момента к переключающему.

Если число ступеней резистора известно, то 1 можно определить по следующим формулам:

— для нормального режима пуска (задаемся моментом М2)

, (4.4)

— для форсированного режима пуска (задаемся М1)

, (4.5)

Сопротивление отдельных секций резистора каждой фазы

В последних выражениях Rр — сопротивление фазы обмотки ротора

, (4.6)

где sH — номинальное скольжение электродвигателя;

E2k — линейное напряжение между кольцами неподвижного ротора, В;

I2ном — номинальный ток ротора, А.

Если задана искусственная механическая характеристика (полностью или частично) или отдельная точка этой характеристики с координатами и,Mи, то сопротивление секции резистора можно определить по одной из двух формул:

, (4.7)

где s и ske — критическое скольжение на искусственной и естественной характеристиках;

sи и se — скольжения двигателя соответственно на искусственной и естественной характеристиках, соответствующие моменту Ми.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector