Методические указания к курсовому проектированию по курсу Проектирование систем электрификации идипломному проектированию по курсу
 Скачать 3.43 Mb.
|
|
9.1 Выбор мощности электродвигателя Кратковременный режим работы При работе электродвигателя, предназначенного для длительного режима работы, в кратковременном режиме он не нагреется до установившейся температуры, если будет работать при номинальных токах (рисунок 9.2, кривая 1), но успеет охладится до установившейся температуры (окружающего воздуха) за время длительно паузы. Поэтому электродвигатель можно эксплуатировать при повышенных токах, не превышающих значения тока при критическом моменте на валу ротора электродвигателя. При этом температура машины не должна превысить установившихся значений при длительном режиме работы (рисунок 9.2, кривая 2). Исходя из уравнений кривых нагрева электрической машины при работе в номинальных режимах и при токах соответствующих критическому моменту можно написать следующее соотношение для допустимого времени работы электродвигателя в кратковременном режиме при повышенных токах нагрузки (не превышающих максимально допустимых значений: τКРАТК = ( τ У ) · ( 1 – е – (tКРАТК / ТМ) ) (9.21) где τКРАТК температура, до которой нагреется электродвигатель (предназначенный для длительного режима работы), работающий в кратковременном режиме в течение времени tКРАТК ;
τУ установившаяся температура электрической машины при длительном режиме работы; ТМ постоянная времени нагрева электрической машины. Так как τКРАТК и τУ функции квадрата тока, получим значение допустимого кратковременного тока машины в течение времени tКРАТК :  (9.22)Ток IКРАТК не должен превышать предельно допустимого машины. Из (9.22) находим время tКРАТК , в течение которого электродвигатель может работать при протекании тока IКРАТК не перегреваясь:  (9.23) (9.24)Если график работы электродвигателя произвольной формы, то алгоритм выбора электродвигателя для кратковременного режима работы следующий: 1. Разбивают график нагрузки на прямоугольные, треугольные и трапециеидальные участки. 2. Приводят треугольные и трапециеидальные участки к прямоугольной форме. 3. Находят эквивалентную нагрузку прямоугольной формы. 4. Из выражения (9.22) находят ток машины при кратковременном режиме работы, который не должен превышать допустимых значений при перегрузках. 5. Пусковой ток и пусковой момент выбранного электродвигателя не должны превышать допустимых значений по каталогу. 6. Из выражения (9.24) находят допустимое время работы машины при перегрузке ее кратковременными токами. 9.2 Выбор методики определения мощности электродвигателя, работающего в повторно – кратковременном режиме
Фактический график нагрузки может быть ступенчатым, треугольным, трапецеидальным и произвольной формы. Для приведения ступенчатого графика к эквивалентному прямоугольному пользуются выражением, определяющим среднюю квадратичную эквивалентную нагрузку которое справедливо не только для мощностей РЭ, но и для токов IЭ и вращающих моментов МЭ:  ;  ;  ; (9.25)При наличии трапецеидальных участков, последние сначала приводят к прямоугольным:  (9.26)после чего из выражения (1) находят эквивалентное значение мощности. Для треугольной нагрузки, когда Р2 = 0:  (9.27)после чего также полученные из треугольников прямоугольники приводят к эквивалентному значению при помощи выражения (9.25). Нагрузку произвольной формы сначала линеаризуют по участкам, после чего с помощью выражений (9.27) и (9.26) треугольные и трапецеидальные участки приводят к прямоугольным, а полученный прямоугольные участки приводят к эквивалентному значению (9.25). Если выбирается электродвигатель, специально предназначенный для работы в повторно-кратковременном режиме работы, то мощность (ток, момент) машины выбирается по найденной эквивалентной мощности (току, моменту) по формуле (9.25) без учета времени паузы. Если фактическая продолжительность включения машины: ПВ = 100% = [(tP / tЦ ]100% = [tP / (tР +tП)] 100% (9.28) отличается от стандартных значений 15, 25, 40 или 60% , причем ток, крутящий момент или мощность электродвигателя приводятся к ближайшей стандартной продолжительностью включения. Пересчет производят исходя из того, чтобы эквивалентный ток (мощность или момент) фактического (номинального) режима машины был равен эквивалентному току (моменту или мощности):  ;  ; . (9.29)Если для повторно-кратковременного режима работы используется электродвигатель, предназначенный для длительного режима работы – необходимо при расчете эквивалентных нагрузок (моментов, токов или мощностей) учесть, время пауз tП и время работы машины с на пониженных оборотах при пуске (разгоне) или торможении, так как для электродвигателей с самовентиляцией условия охлаждения во время пауз и в период работы на пониженных оборотах заметно ухудшаются. Для учета этого при определении эквивалентных моментов (мощностей или токов) в формулы включают коэффициенты = 0,5 и = 0,75 :  (9.30)При принудительной независимой вентиляции (обдуве машины) = 1,0. Как вариант, иногда вводится коэффициент 0 = 0,33 при этом коэффициент принимается равным:= 0,75. Тогда выражение (9.25) принимает вид:  (9.31)Для нормированных значений продолжительностей включения 15, 25 и 40 % имеют место следующие соотношения: Р15 = 1,29 Р25 = 1,63 Р40 = 2,6 РДЛ; М25 = 0,77 М15 = 1,26 М40 = 2,0 МДЛ; (9.32) I40 = 0,79 I25 = 0,61 I15 = 1,58 IДЛ. Все три приведенные уравнения справедливы как для мощностей, так и для токов и крутящих моментов. После выбора мощности электродвигателя по условиям нагрева необходимо произвести проверку механической перегрузочной способности машины – убедиться, что максимальный момент нагрузки по графику в процессе работы и пусковой момент не будут превышать максимального (опрокидывающего) момента по каталогу. Если питающая сеть чувствительна к токам нагрузки (маломощная сеть), то проверка перегрузочной способности должна производиться с учетом потерь напряжения в сети. Асинхронные электродвигатели при пуске без нагрузки допускают от 400 до 1000 включений в час, а двигатели с повышенным скольжением – от 1100 до 2700 включений в час, поэтому выбор мощности асинхронной машины с короткозамкнутым ротором необходимо проводить с учетом ее нагрева во время многочисленных пусков. Допустимое число включений в час электрической машины определяется выражением:  (9.33)где РНОМ, РФ, РРГ, РТ – потери мощности машины в киловаттах при номинальной и фактической нагрузка, при разгоне и торможении без учета механических потерь. Для подъемников предложено следующее выражение для определения допустимого числа включений в час [4]: Z = 240(1) / tP. (9.34) Надежная и экономичная работа электропривода возможна только при правильном выборе мощности электродвигателя. Приведенные методы расчета базируются ни уравнениях классической теории нагрева, но применяемый при этом метод средних потерь иногда не может дать точных значений искомых величин, особенно при ПКР. Для рационального выбора электропривода необходимо произвести уточнение методики расчета, что позволит снизить первоначальные затраты, уменьшить потери и эксплуатационные расходы, повысить коэффициент мощности установки и надежность работы электропривода за счет применения двигателя без завышения его мощности. При повторно-кратковременном режиме работы электродвигатель выбирают по нагреву на основании уравнения теплового баланса. В повторно-кратковременном режиме работы при значительном количестве циклов, температура обмотки электродвигателя изменяется от температуры окружающей среды до максимально допустимого значения. Для предотвращения перегрева обмоток машины и последующего выхода из строя электродвигателя по этой причине необходимо, чтобы электрические потери мощности, отводимые в окружающую среду при заданном графике нагрузки, не превышали допустимых потерь при номинальном режиме работы. Закон изменения температуры электродвигателя от MIN до MАХ за время работы tР описывается уравнением:  (9.35)Закон изменения температуры электрической машины за время паузы tП с учетом ухудшения условий охлаждения:  (9.36)Подставив уравнение (9.36) в (9.35) после разложения в ряд Маклорена, учитывая, что время tЦ = (tР + tП ) мало по сравнению с отношением теплоемкости машины С к ее теплоотдаче А получим:  (9.37)Введем коэффициент относительной продолжительности включения электрической машины: О=tР / (tР+ tП), (9.38) учитывающий ухудшение охлаждения машины в паузах. Для предотвращения перегрева обмоток электрической машины и вывода из строя электродвигателя необходимо, чтобы потери мощности, выделяющиеся в виде тепла при заданном графике нагрузки, отводились в окружающую среду и не превышали допустимых потерь при номинальном режиме работы за время рабочего цикла в установившемся режиме работы: Н 0Н Д 0Д (9.39) Выразим потери мощности на валу машины Р через мощность на валу Р и коэффициент полезного действия : = (1 ) / . (9.40) После преобразований уравнения (9.37) и подстановки в него уравнений (9.39) и (9.40) получим условие выбора номинальной мощности асинхронной машины с короткозамкнутым ротором, предназначенной для длительного режима работы, но эксплуатирующейся при ПКР:  (9.41)В отличие от решений, предлагаемых классической теорией, уравнение учитывает действительную загрузку конкретной машины с учетом ухудшения условий охлаждения электродвигателя во время пауз, а также учитывает не только переменные потери, но и полные. В классических расчетах нагрева электрических машин необходимы данные о теплоотдачеА, для определения постоянных времени нагрева и охлаждения обмоток машин, которую можно рассчитать из выражения: А = Н / ДОП. (9.42) Для ПКР по выражению (9.42) теплоотдачу определить нельзя, так как температура нагрева элементов машины во время работы все время меняется, поэтому условно принимают, что процесс нагрева обмоток является квазиустановившимся. В этом процессе температура обмоток статора за время работы достигает максимально возможного допустимого значения ДОП, а за время паузы падает до значения МIN. Уравнения нагрева и охлаждения в этом случае принимают вид (9.35) и (9.36). Подставив в (9.35) значение МIN, из уравнения (9.36) получим:  (9.43)Решив уравнение (9.43) относительно А можно определить теплоотдачу машины. Приближенное значение теплоотдачи асинхронной машины с короткозамкнутым ротором можно определить из выражения (9.37), подставив в него выражение (9.38) : А = Н 0Н / ДОП. (9.44) 9.3 Работа машины, предназначенной для длительного режима работы, в повторно – кратковременном режиме работы Если для работы в повторно – кратковременном режиме работы применяем машину, предназначенной для длительного режима работы, при определении эквивалентного тока необходимо учитывать и время паузы tПАУЗЫ . Кроме того, у электродвигателей с самовентиляцией (90 % всех машин) условия охлаждения во время паузы и при работе на пониженных оборотах при пуске, торможении и останове значительно ухудшаются (рисунок 9.4). Для этого при определении эквивалентного тока электрической машины в знаменатель добавляют слагаемое ( tПАУЗЫ ), а время разгона tРАЗГОН, и торможения tТОРМ (в знаменателе) умножают на коэффициент где = 0,5 – коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения машины во время паузы: = 0,75 коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения машины во время разгона, торможения и останова.
Токи (мощности или моменты) треугольных и трапециеидальных (рисунок 9.5) участков приводят стандартными выражениями к прямоугольным (рисунок 9.6):  (9.26) (9.27)и находят эквивалентный ток (9.45):  Если график работы электродвигателя произвольной формы, то алгоритм выбора электродвигателя для кратковременного режима работы следующий:1. Разбивают график нагрузки на прямоугольные, треугольные и трапециеидальные участки. 2. Приводят треугольные и трапециеидальные участки к прямоугольной форме (рисунок 9.6) в соответствии с выражениями (9.25) и (9.26) . 3. Находят эквивалентную нагрузку прямоугольной формы IЭКВ по выражению (9.45). 4. Ток машины при повторно - кратковременном режиме работы не должен превышать допустимых значений при перегрузках электродвигателя. 5. Пусковой ток и пусковой момент выбранного электродвигателя не должны превышать допустимых значений по каталогу.
..
|
ω У(б)
I, P, M
I, P, M