Проников А.С. 1995 Т.2 Ч.1 (830965), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Изоляционные материалы, применяемые в электрических двигателях, разделяют по нагревостойкости на классы в зависимости от максимальной допустимой температуры. Максимальная температура изоляции зависит не только от нагрузки двигателя, но и от температуры окружающей среды. При расчете тепловых режимов и выборе мощности электродвигателей температуру окружающей среды принимают равной 40' С.
В табл. 5.7 приведены классы изоляции, значения максимально допустимой температуры и максимально допустимого превышения температуры О„а, наиболее нагретой точки обмотки. 5.7. Классы нагревостойкости изоляции электродвигателей Максимально допустимое превышение температуры ос шах' Максимально . допустимая температура, оС Класс изоляции 80 90 115 140 140 120 130 155 180 180 Е В Г Н С В электродвигателях существуют ограничения, которые необходимо учитывать при выборе мощности. Наиболее существенными являются ограничения по перегрузочной способности.
Допустимая перегрузка асинхронного электродвигателя определяется максимальным или критическим моментом, который имеет конкретное значение, приведенное в каталогах. Перегрузка двигателей постоянного тока лимитируется условиями коммутации и не имеет такого четкого ограничения. Условия коммутации зависят не только от нагрузки, но и от скорости двигателя, и обычно допустимые нагрузки двигателя по моменту задают в каталогах в виде графика. Другим видом ограничений, характерным для асинхронных короткозамкнутых двигателей„являются ограничения по пусковому моменту. При включении двигателя пусковой момент должен превышать момент нагрузки, иначе пуск невозможно осушествить.
Малая разность между этими моментами приведет к длительному пуску. Выбор мощности двигателя, работающего в регулируемом электроприводе, имеет свои специфические особенности. Они связаны с методом регулирования скорости: с постоянным максимально допустимым моментом или постоянной максимально допустимой мощностью. В первом случае двигатель выбирают по моменту, во втором — по мощности. Однако в обоих случаях анализируют тепловое состояние и проверяют двигатель по нагреву.. Потери энергии в электродвигателях Потери энергии и мощности обусловливают нагрев электродвигателей. Потери мощности условно разделяют на постоянные ЛР „, и переменные ЛР„„,. Потери мощности в двигателях постоянного и переменного тока ЛР=Л~ пер.ном(и+7 ) т (5.91) где а=АР~„,/ЛР,р.Б,м — коэффициент потерь, для большинства двигателей а.=0,5... 2,0; у — коэффициент нагрузки, для двигателей постоянного тока у=1„/У„,;- для асинхронных двигателей у=У,/1,„,м.
При работе на естественной характеристике с неизменным напряжением можно принять у=Р/Р, . Для определения коэффициента потерь а и вычисления полных потерь двигателя номинальные потери ЛР,„необходимо разделить на постоянные и переменные. В двигателях постоянного тока номинальные переменные потери определяют по каталожным данным: 2 ж пер.ном=йя~я.ном.
В асинхронных двигателях переменные потери в роторе и статоре при номинальной нагрузке "-~~ прад.нОм МнОЬЛО~нОм ( 1 + Й$/Й2 ) р где 5,„— скольжение. При Л, ~Р2' ЛРпеР ном ~~ 2МномйО~~~ном. В электроприводе станков с ЧПУ двигатели работают в напряженном динамическом режиме и при выборе мощности двигателя большее внимание уделяют его динамическим характеристикам. В этом случае критерием выбора мощности двигателя считают максимальное ускорение, которое способен обеспечить электродвигатель в системе автоматизированного электропривода. Среднее ускорение в переходных режимах является отношением динамического момента к моменту инерции механической системы привода. В связи с этим часто изменяют критерий выбора двигателя и выбирают его по максимально допустимому моменту.
Но и в этом случае выбранный двигатель необходимо проверить на нагрев и перегрузочную способность. Таким образом, выбор двигателя по мощности- носит итеративный характер и его следует выполнять в несколько этапов. Прежде всего предварительно выбирают двигатель. Этот выбор проводят по ориентировочным расчетам. Выбор упрощается тем обстоятельством, что число типоразмеров специальных двигателей для станков весьма ограничено. Затем выбранный двигатель проверяют по нагреву, перегрузочной -способности и условиям пуска. В случае неудовлетворительного результата выбирают новый двигатель и повторяют расчет. Выбор двигателя, используемого в следящем или регулируемом электроприводе станков с ЧПУ, дополняют полным расчетом динамики привода.
Только в этом случае можно с уверенностью сказать, что двигатель выбран правильно и привод обеспечивает заданные динамические характеристики. два взаимно компенсирующих явления. С одной стороны, уменьшаежя сила тока в обмотке возбуждения и это приводит к уменьшению потерь на возбуждение, с другой — скорость двигателя увеличивается и потери в стали и механические потери возрастают. В результате постоянитж потери двигателя остаются неизменными. Регулирование при постоянной мощности проводят при постоянной силе тока якоря, поэтому переменные и, следовательно, общие потери в двигателе также остаются неизменными. Регулирование скорости с постоянной мощностью и постоянными потерями означает сохранение постоянства КПД на всем диапазоне регулирования. Потери в регулируемом асинхронном электродвигателе.
Общие постоянные потери зависят от закона, по которому изменяется скорость. При частотном регулировании скорости с постоянным моментом по закону У/~=сопят, если считать скорость пропорциональной частоте, нвстоянные потери ДРпост = ДРст.ном (Яном) ' +ДРмех.ном (Яном) При регулировании с постоянной мощностью по закону У/~~~=сопя$ постоянные потери ДРпост=ДРст.ном (Яном) ' +ДРмех.ном (Яном) (5.94) Переменные потери в регулируемом асинхронном двигателе определяют по формуле (5.92). Если регулирование скорости проводится с постоянным моментом, переменные потери остаются неизменными.
Потери энергии в двигателях за время переходных процессов. В переходных процессах электродвигатели работают в напряженном динамическом режиме при большой силе тока, которая может во много раз превышать силу тока в обмотках при установившемся режиме. Поэтоиу при определении потери энергии в переходных режимах обычно пренебрегают постоянными потерями и учитывают только переменные потери, зависящие от квадрата силы тока. Существует упрощенная методика определения потерь энергии в переходных процессах, при которой считается, что момент двигателя неизменен и равен некоторому среднему моменту.
Тогда полные потери энергии при пуске асинхронного двигателя составят 1 ДА.=1 М М ДАМ с/ ср где ДА,о — потери энергии при пуске вхолостую. При торможении двигателя потери находят по аналогичной приближенной формуле: 1 Д" ~т 1+ М ~М ДАтОт где ДА,Π— потери энергии при торможении вхолостую. Потери энергии в якоре электродвигателя постоянного тока, работающего в системе регулируемого привода, ЛА= ~ ЬР„, фЮ= ~ с 2(1) сн, о о где Ап.п — время переходного процесса, Для определения потерь необходимо знать закон изменения силы тока якоря в переходном режиме.
Для этого надо решить уравнения динамики привода с учетом влияния всех внутренних и внешних обратных связей. Нагрев и,охл ажденне электродвигателей Электрический двигатель представляет собой сложную термодинамическую систему, не однородную по своим тепловым параметрам и имеющую внутреннее тепловыделение и сложную внутреннюю циркуляцию тепловых потоков. В инженерной практике анализ теплового состояния электродвигателей проводят по тепловым моделям, в которых тепловые процессы значительно упрощаются. Простейшая тепловая модель электродвигателя представляет собой однородное в тепловом отношении тело. При использовании этой модели принимают следующие допущения.
1. Двигатель имеет бесконечно большую теплопроводность и, как следствие, одинаковую температуру по всему объему. 2. Количество теплоты, которой двигатель обменивается с окружающей средой, пропорционально разности температур двигателя и окруРкающей среды. 3. Тепловые параметры двигателя и окружающей среды постоянны и не связаны с температурой двигателя. Это обстоятельство обеспечивает линейность тепловой модели. Анализ теплового состояния двигателя проводят на основании уравнения теплового баланса: ИО У е,у+О=ОУ где Т~=С/А — тепловая постоянная времени двигателя; Оу=ЛР/А — установившееся превышение температуры; Π— превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды, в расчетах электро- привода температура окружающей среды принята равной 4О'С; С— теплоемкость двигателя, т.
е. количество теплоты, необходимое для повышения его температуры на 1' С; А — теплоотдача двигателя, т. е. количество теплоты, отдаваемое двигателем в окружающую среду за 1 с (тепловая мощность) при разности температур двигателя и окружающей среды в Г С. Решение этого уравнения при постоянстве потерь двигателя (ЛР= =сопз1) и, следовательно, постоянной установившейся температуре (Оу=сопй) при начальных условиях 1=0, О(О) =Ое позволяет определить график изменения температуры двигателя при постоянной или кусочно-постоянной нагрузке. Анализ тепловой модели с точки зрения теории автоматического управления проводят в следующем порядке. За выходную величину принимают превышение температуры двигателя, а за входную — полные потери или пропорциональное им установившееся превышение температуры.
Передаточная функция двигателя по нагреву и~. (р) =О(рая (р) = ДА) 1(1+Т,р). Тепловая модель представляет собой инерционное звено первого порядка с постоянной времени Т~. Постоянная времени Т~ определяет темп нагрева и охлаждения двигателя. При включении двигателя на 280 постоянную нагрузку установившееся тепловое состояние будет достигнуто через время, равное (3...
4) Т,. Нагрев и охлаждение электрических двигателей в значительной степени зависят от условий вентиляции и теплообмена с внешней средой. При неподвижном роторе двигателя условия вентиляции ухудшаются и теплоотдача двигателей уменьшается. Отношение теплоотдачи неподвижного двигателя к номинальной теплоотдаче представляет собой коэффициент ухудшения охлаждения ~о. Значение этого коэффициента зависит от исполнения электродвигателя.
Например, значение коэффициента для закрытых электродвигателей с независимой вентиляцией равно единице, для закрытых электродвигателей без принудительного охлаждения Ро=0,95...0,98; а для закрытых самовентилируемых и защищенных самовентилируемых — соответственно 0,45 — 0,55 и 0,25 — 0,35. Значения коэффициента ухудшения охлаждения ~о для асинхронных короткозамкнутых двигателей серии 4А основного исполнения приведены в табл.
5.8. 5.8. КоэФФициент ухудшении охлаждении Ро асинхронных электродвигателей серии 4А Ро при Расстояние от оси вращения вала до основания, мм ЪР =12 0,60 0,55 0,50 0,50 0,50 0,40 0,35 0,30 71 80 90 100 112 132 ,160, 180 200 — 250 0,6О 0,60 0,50 О 50 0 50 0,40 0,35 0,30 0,65 0,55 0,45 0,40 0,35 0,35 0,30 0,30 0,70 0,60 0,50 0,45 0,40 0,35 0,35 0,30 Изменение условий охлаждения приводит к тому, что постоянные времени нагрева и охлаждения двигателя имеют различное значение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
