6.3. Нагрузочная диаграмма двигателя.

Классификация режимов работы двигателя.

Исходной информацией для определения мощности двигателя является его нагрузочная диаграмма, т.е. зависимость момента, мощности или тока двигателя от времени . Нагрузочная диаграмма двигателя рассчитывается на основе нагрузочной диаграммы механизма и тахограммы . Различие между диаграммами вытекает из уравнения привода:

При постоянстве скорости момент двигателя и механизма равны и обе диаграммы совпадают. Различаются диаграммы только на участках изменения скорости. Характер нагрузочных диаграмм механизмов чрезвычайно разнообразен, но с точки зрения протекания тепловых процессов может быть сведен к трем основным типам.

1. Продолжительный режим работы (S1).

Двигатель работает с постоянной или переменной нагрузкой столько времени, что превышение температуры всех его частей достигает установившегося значения. Если нагрузка меняется, то отключение нагрузки по величине и длительности должны быть настолько малыми, что бы не влиять на установившуюся температуру.

2. Кратковременный режим (S2).

В этом режиме время работы двигателя чередуется со временем паузы. При этом за время работы двигателя установившаяся температура не достигается, а за время паузы двигатель полностью остывает до температуры окружающей среды.

3. Повторно – кратковременный режим (S3).

В этом режиме периоды работы двигателя чередуются с периодами отключения. При этом продолжительность работы и паузы настолько коротки, что температура не достигает установившихся значений. Повторно – кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения ПВ, которая определяется:

где: , , - время работы, паузы и продолжительность цикла.

При этом должны выполняться условия:

10%  ПВ ≤ 60⁰ t_ц ≤ 10 мин.

6.4 Выбор мощности для продолжительного режима работы.

Работа двигателя в режиме S1 может осуществляться либо постоянной нагрузкой, либо с переменной циклической нагрузкой.

1. Постоянная нагрузка.

В этом случае мощность двигателя выбирается из условия Р_н ≥ Р_с, что гарантирует отсутствие нагрева двигателя.

2. Переменная нагрузка.

Оценка отсутствия перегрева осуществляется косвенными методами. Среди них наиболее точным является метод средних потерь. Предварительно выбранный двигатель проверяется на отсутствие перегрева по условию:

,

где: - потери в двигателе на разных интервалах,

- коэффициенты ухудшения теплоотдачи.

Имеется ввиду, что в течении цикла может меняться скорость вращения двигателя. Порядок выбора двигателя следующий:

1. По нагрузочной диаграмме механизма М_с: определяется среднее за цикл значение мощности или статического момента и выбирается двигатель по условию Р_н ≥ к_з Р_ср, где к_з = 1,11,3 – коэффициент запаса.

2. На основании известных параметров двигателя рассчитывается нагрузочная диаграмма двигателя .

3. На основании зависимости двигателя и его нагрузочной диаграммы рассчитывается график потерь в двигателе:

4. Рассчитываются средние потери в двигателе за цикл и сравниваются с номинальными.

5. Двигатель, выбранный по условию отсутствия нагрева, должен быть проверен по условиям пуска и перегрузки:

М_{п мех}  М_{п дв},

М_max  М_доп,

где: М_{п мех} – пусковой момент механизма, М_max – максимальный момент по нагрузочной диаграмме двигателя, М_{п дв}, М_доп – пусковой и максимальнодопустимый момент двигателя.

Асинхронный короткозамкнутый двигатель проверяется так же по условию:

М_min  M_c, где

М_min – минимальный момент двигателя, M_c – статический момент механизма при пуске.

Методы эквивалентных величин.

Потери в двигателе могут быть представлены в виде:

, где

К – постоянные, не зависящие от нагрузке потери, V_ном – переменные номинальные потери.

Если принять, что постоянные потери и сопротивления обмоток двигателя неизменны, из формулы средних потерь может быть получена формула эквивалентного тока:

.

При постоянстве магнитного тока, когда можно считать момент двигателя пропорциональным току, получаем уравнение эквивалентного момента

.

Уравнение эквивалентного момента является более частным, т.к, например, неприменимо к двигателю последовательного возбуждения.

Если выполняется условие то момент и мощность пропорциональны, и может быть получено уравнение эквивалентной мощности:

.

При указанном допущении относительно скорости для выбора двигателя может быть использована нагрузочная диаграмма механизма.

По рассчитанному М_Э или Р_Э из каталога выбирается двигатель, номинальный момент или мощность которого ближайший больший

Выбранный по нагреву двигатель должен быть проверен по условиям допустимой перегрузки и пуску.

6.5 Выбор мощности для повторно – кратковременного режима.

Для этого режима выпускаются специальные серии двигателей, номинальная мощность которых указывается при одной из стандартных продолжительностей включения: ПВн=15, 25, 40, 60%.

Привод реального механизма работает в большинстве случаев с ПВ, отличающимся от стандартных значений. Кроме того нагрузка двигателя во время работы может меняться по величине (рис. 6.1)

Порядок выбора мощности следующий:

1. Определяется фактическая продолжительность включения:

.

2. Определяется эквивалентный момент или эквивалентная мощность только за время работы:

.

Э

Рис.6.1

то уравнение отличается от уравнения эквивалентного момента продолжительного режима тем, что в знаменателе суммируются продолжительности только рабочих интервалов.

3. Нагрузка двигателя приводиться к ближайшей номинальной продолжительности включения. Пересчет делается на основе метод средних потерь. Находятся средние потери за цикл:

,

Откуда

Пренебрегая постоянной составляющей потерь получаем:

Если для повторно – кратковременного режима выбирается двигатель, предназначенный для длительного режима, то принимается ПВ_н = 100%. Выбираемый по условиям нагрева двигатель проверяется по допустимой перегрузке и пуску.

6. Двигатель, выбранный по условию отсутствия перегрева, должен быть проверен по условиям пуска и перегрузки:

М_{п мех}  М_{п дв},

М_max  М_доп,

где: М_{п мех} – пусковой момент механизма, М_max – максимальный момент по нагрузочной диаграмме двигателя, М_{п дв}, М_доп – пусковой и максимально допустимый момент двигателя.

32