Расчет мощности ЭП по допустимому нагреву

В общем случае основа расчета мощности двигателя ЭП – это нагрузочная диаграмма, которую рассчитывают или определяют экспериментально. На основании нагрузочной диаграммы методом эквивалентных величин рассчитывают постоянную эквивалентную нагрузку Lэкв (*§5,1), действующую на валу двигателя ЭП. Далее с учетом возможных технологических пауз в работе ЭП рассчитывают требуемый номинальный показатель нагрузки ЭД.

Lн Lэкв/ .

Где Lн- номинальный показатель нагрузки двигателя.

Lэкв – эквивалентный показатель нагрузочной диаграммы, расчет по (*§5,1)

Рм – коэффициент механической (токовой ) перегрузки двигателя,

Рм = Ркр/Рн, Ркр( ) – кратковременно допускаемая мощность (ток) двигателя,

Рн - номинальная мощность (ток) двигателя.

В длительном режиме работы S1. Когда продолжительности непрерывной работы двигателя ЭП превышает 90 минут и двигатель полностью использован по нагреву, достигнув установившейся температуры, значение коэффициента Рм =1.

Если режим работы ЭД отличается от длительного S1, то с учетом возможных технологических пауз в работе его коэффициент механической (токовой) перегрузки Рм рассчитывается через коэффициент тепловой перегрузки Рт, которая представляет собой отношение повышенных кратковременных потерь мощности в двигателе к его номинальным , то есть . Его можно выразить в виде:

– отношение постоянных потерь мощности в двигателе к номинальным переменам (электрическим потерям).

Тогда получим взаимосвязь между коэффициентами механической (токовой) и тепловой нагрузок.

С учетом занижения неустановившихся расчетных температур двигателя целесообразно для компенсации возникающей погрешности считать, что все потери мощности в электродвигателе переменные, то есть

Тогда

В общем виде коэффициент тепловой перегрузки , (1)

Где е = 2,718; – продолжительность работы и отключенного состояния электродвигателя или работы на холостом ходу для режима S6, мин;

=0,5 – коэффициент учитывающий ухудшение теплоотдачи самовентилируемых двигателей закрытого обдуваемого исполнения в отключенном состоянии (при работе на холостом ходу) в режиме S6 =1);

Тнагр – постоянная времени нагрева электродвигателя, мин. Для большинства электродвигателей постоянная времени нагрева Тнагр = 15 … 25 мин и при продолжительном расчете мощности двигателя по допустимому нагреву может быть принято Тнагр =20 мин. После выбора электродвигателя среднее значение постоянного времени нагрева (мин) может быть уточнено по

Тнагр = 6

Для кратковременного режима работы S2, когда в течение технологических пауз в работе ЭД полностью охлаждается до температуры окружающей среды, т.е tотк , то по формуле (1) получим

В отдельном режиме работы S1 tраб и согласно (1) Рт=1, то есть ЭД не допускает тепловой перегрузки.

Окончательно правильность расчета по методу эквивалентных величин уточняют по методу средних потерь. Для правильно выбранного по допустимому нагреву ЭД должно выполняться условие:

,

Где - средние потери мощности в двигателе при работе, Вт

,

Где - потери мощности и продолжительность нагрузки двигателя на i участке нагрузочной диаграммы.

Потери мощности на участке нагрузочной диаграммы, преобразование к виду P=f(t) равны:

,

Где частичный КПД ЭД при нагрузке на валу определяют по рабочей характеристике двигателя = f ( ) или при отсутствии таковой расчет

где - отношение постоянных потерь мощности в двигателе к его номинальным переменным потерям (коэффициент потерь), для электродвигателей общего назначения =5,5 - 0,7; для крановых =0,6 – 1; х – степень загрузки двигателя, х = .

Постоянные потери мощности , которые выделяются в двигателе при работе на холостом ходу (Р₂ =0, =0) и которые необходимо учитывать, например в режиме S6 при расчете средних потерь по рассчитывают по формуле

Для повышения точности теплового расчета мощности АД общего применения продолжительного режима S1 для использования в кратковременном S2 или повторно – кратковременном S3 режимах работы целесообразно воспользоваться номограммой Л.П. Шинкова (например).

При использовании специальных электродвигателей , когда в режим работы S2 ставится двигатель режима S2, в режим S3 – двигатель режима S3, а в режим S6 – двигатель режима S6, расчет номинальной мощности двигателя ведется по формулам соответственно:

для S2 режима

для S3 режима,

для S6 режима.

где - эквивалентная мощность на валу двигателя за период нагрузки

tраб.x, ПВх, ПНх – длительность рабочего периода по нагрузочной диаграмме

tраб.н, ПВнорм, ПНнорм – длительность рабочего периода стандартная (нормированная).

В случае использования ЭД длительного режима нагрузки S1 в повторно-кратковременном режиме S3 его можно трактовать как ЭД режима нагрузки S3 со стандартным значением ПВнорм =100%. При этом необходимо учитывать ухудшение теплоотдачи двигателя в отключенном состоянии и пре перерасчете по формуле

Пользоваться так называемой приведенной продолжительностью включения с использованием коэффициента :

ПВ¢х = 100%

тогда получим общее выражение

§5,5 Проверка мощности двигателя электропривода по дополнительным условия.

Выбранный по допустимому нагреву ЭД необходимо проверить по мощности исходя из обеспечения им следующих условий: пуска, статистической и динамической устойчивости, допустимого нагрева при продолжительном пуске, допустимой частоты включений.

Для обеспечения пуска ЭП его мощность должна быть достаточной для выполнения условия:

, (1)

где - пусковой момент двигателя с учетом возможного снижения питания при пуске, Н.м

- момент статистического сопротивления на валу ЭД при трогании с места, Н.м

- избыточный момент минимальный, необходимый для обеспечения пуска Н.м. Обычно = 0,2 .

Применительно к (1) асинхронному ЭП можно записать

(2)

Если обе части выражения (2) умножить на номинальную угловую скорость ЭД и учесть, что Мн =Рн, то получим формулу для расчета необходимой мощности АД и из условия обеспечения пуска ЭП

(3)

Правила устройства электроустановки (ПУЭ) в общем случае допускают снижение напряжения при пуске асинхронного ЭП до 30% ниже номинального на зажимах пускового АД (Uп*=0,7) и до 20% - на зажимах параллельно работающих (Uраб*=0,8)

Из условия обеспечения статической устойчивости мощность ЭП достаточна, если выполняется условие:

(4)

где - минимальный (критический) вращающий момент ЭД с учетом возможного снижения напряжения питания, Н.м;

- максимально возможный момент статической нагрузки на валу ЭД при работе Н.м

Применительно к асинхронному ЭП (4) преобразуется к виду:

(5)

на основании (5) умножением обеих частей соотношения на и с учетом, что максимально возможная мощность статической нагрузки на валу ЭД при работе ,

получим формулу по определению мощности АД из условия обеспечения статической устойчивости ЭП

(6)

Динамическую устойчивость ЭП при ударной и резко переменной нагрузках оценивают на основании

где Тм – электромеханическая постоянная времени ЭП, с

для ЭП с ДПТ Тм = 𝚥 /Мк

для ЭП с АД Тм= 𝚥 S(н)/Мн

S(н) – скольжение АД при номинальном моменте нагрузки. Для естественной механической характеристики АД S(н)= Sн

Мс.п. – момент статического сопротивления перегрузки

Мк – максимальный (критический) вращающий момент

- момент ЭД до перегрузки, который на первом участке нагрузочной диаграммы при t=0, , Н.м

-приведенный момент инерции ЭП, кгм²

- угловая скорость идеального холостого хода двигателя, рад/с.

Необходимость в проверке мощности двигателя ЭП по допустимому нагреву при продолжительном пуске возникает при длительности прямого пуска ЭП свыше 10с.

Если в течении пуска пренебречь теплоотдачей двигателя, что допустимо, то на основании рассмотрения уравнения теплового баланса ЭД

- дифференцированное уравнение теплового баланса

– потери мощности в двигателе

– теплоемкость нагрева двигателя

- теплоотдача двигателя

– превышение температуры двигателя

для данного допущения получим после интегрирования формулу по определению превышения его температуры Uкон в конце пуска над первичной перед пуском в виде

где - потери энергии в ЭД при пуске, Дж

С – средняя удельная теплоемкость двигателя, которая может быть принята на уровне

400 Дж (кг*град)

m – масса ЭД, кг.

Нормы допускают кратковременный нагрев изоляции электродвигателей при длительном пуске до температуры 200°С для изоляции класса нагревостойкости

«В» (130°С) и 225°С – для F (155°С)

Если работа ЭП сопровождается частыми включениями и отключениями, то мощность ЭД проверяют по допустимой частоте включения

(7)

Где - фактическая частота включения двигателей ЭП

- предельно допустимая частота включений двигателей ЭП исходящего допустимого нагрева

В предположении что частичная мощность на валу двигателя при работе близка к номинальной из равенства энергии тепловыделения и теплоотдачи, имеем

(8)

где - потери энергии соответственно при пуске и электрическом торможении двигателя, Дж.

- его номинальные потери мощности, Вт;

- коэффициент охлаждения двигателя с самовентиляцией

-относительная продолжительность включения двигателя ЭП

Дата добавления: 2014-05-03; просмотров: 773; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!