Длительный режим работы электропривода

Длительность
работы и ее характер определяют рабочий
режим привода. Для электропривода
принято различать три основных режима
работы: продолжительный, кратковременный
и повторно-кратковременный.

Продолжительный
режим (согласно
ГОСТ 183-74) — это режим работы такой
длительности, при которой за время
работы двигателя температура всех
устройств элек­тропривода достигает
установивше­гося значения (рис. 16.4,
а).

В качестве примеров
механиз­мов с длительным режимом
работы можно назвать центробежные
насо­сы насосных станций, вентиляторы,
компрессоры, конвейеры непрерыв­ного
транспорта, дымососы, бу­магоделательные
машины, машины для отделки тканей и т.
д.

При
кратковременном
режиме рабочий
период относительно кра­ток (рис.
16.4, б)
и
температура двигателя не успевает
достигнуть установившегося значения.
Перерыв же в работе исполнительного
механизма достаточно велик для того,
чтобы двигатель успевал охладиться
практически до температуры окружающей
среды. Такой режим работы характерен
для самых различных механизмов
кратковременного действия: шлюзов,
разводных мостов, подъемных шасси
самолетов и многих других.

При
повторно-кратковременном
режиме (рис.
16.4, в)
периоды
работы чередуются с паузами (остановка
или холостой ход), причем ни в один из
периодов работы температура двигателя
не достигает установившегося значения,
а во время снятия нагрузки двигатель
не успевает охладиться до температуры
окружающей среды.

Характерной
величиной для повторно-кратковременного
режима является отношение рабочей части
периода Т’
ко
всему периоду Т.
Эта
величина именуется относительной
продолжительностью работы (ПР %) или
относительной продолжительностью
включения (ПВ %). Примерами механизмов
с повторно-кратковременным режимом
работы могут служить краны, ряд
металлургических станков, прокатные
станы, буровые станки в нефтяной
промышленности и т. д.

В соответствии с
основными видами режимов работы
электропривода различно определяется
и номинальная мощность электродвигателя.
Условия нагревания и охлаждения двигателя
при повторно-кратковременном режиме
существенно отличаются от условий
работы в продолжительном режиме.

Например, условия
охлаждения обмотки возбуждения двигателя
постоянного тока параллельного
возбуждения практически остаются
неизменными и при остановке двигателя,
а условия охлаждения якоря при остановке
сильно ухудшаются. По этой причине
двигатель постоянного тока, рассчитанный
для продолжительного режима на неизменные
условия охлаждения, при повторно-кратковременном
режиме будет использоваться нерационально;
при предельно допустимом нагреве обмотки
якоря и коллектора обмотка возбуждения
будет нагреваться значительно ниже
допустимой температуры.

Следовательно,
целесообразно для повторно-кратковременного
режима изготовлять двигатели специальных
типов. Руководствуясь этим, электротехническая
промышленность изготовляет крановые
электродвигатели, рассчитанные на три
различных номинальных режима:
продолжительный, кратковременный и
повторно-кратковременный. Соответствующее
указание делается на табличке
электродвигателя; под его номинальной
мощностью следует
понимать полезную механическую мощность
на валу в течение времени, соответствующего
его номинальному режиму, т. е. продолжительно,
кратковременно или же повторно-кратковременно
при определенной продолжительности
включения.

В
течение весьма короткого промежутка
времени двигатель может развивать
мощность значительно большую, чем
номинальная. Мгновенная
перегрузочная мощность двигателя
— это наибольшая мощность на валу в
течение весьма малого промежутка
времени, развиваемая двигателем без
каких-либо повреждений. Такая мощность
определяется в большинстве случаев
электрическими свойствами двигателя
(максимальным моментом у асинхронных
двигателей или условиями коммутации у
двигателей постоянного тока), а иногда
и механической конструкцией двигателя.
Мгновенные перегрузочные свойства
электродвигателя обычно характеризуются
коэффициентом
перегрузки по моменту λ_мом,
т. е. отношением максимального
кратковременно допустимого перегрузочного
момента к номинальному: λ_иоы
= M_max/М_ном.
Для большинства электродвигателей λ_мом
≈
2 (у специальных электродвигателей λ._мом
= 3 ÷ 4).

Часто
по условиям работы привода важна
перегружаемость электродвигателя не
мгновенная, а на определенный, относительно
короткий промежуток времени. В
соответствии с этим требованием
указывается кратковременная
перегрузочная мощность двигателя
(временная мощность) — мощность,
развиваемая двигателем в течение
определенного ограниченного промежутка
времени (5, 10, 15, 30 мин и т. д.), после чего
двигатель должен быть отключен на
столько времени, чтобы он успел охладиться
до температуры окружающей среды. Для
одного и того же двигателя соотношения
между его продолжительной, перегрузочной
и кратковременной перегрузочной
мощностями зависят от электрической
характеристики и конструкции двигателя.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Режимы работы электроприводов

При выборе мощности электродвигателя необходима знать режим работы машины, приводимой им в действие, т. е. мощность, вращающий момент, скорость вращения, длительность нахождения под нагрузкой.

Режимы работы электродвигателей могут быть подразделены по:
– длительности непрерывной работы; характеру изменения нагрузки во времени; зависимости изменения скорости вращения от на грузки;
– характеру регулирования скорости двигателя. По длительности непрерывной работы электродвигателя различают режимы: длительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Длительным называют режим работы, при котором рабочий период электродвигателя настолько велик, что нагрев последнего достигает своего стабильного состояния При таком режиме работают двигатели вентиляторов, насосов и других механизмов непрерывного действия. Гра фик этого режима представлен на рис. 3, а.

Кратковременный р е-жим работы характеризуется тем, что в течение рабочего периода нагрев электродвигателя не достигает стабильного состояния, а перерыв в работе настолько велик, что при возобновлении ее температура двигателя близка к температуре окружающей среды. При таком режиме, например, работают двигатели подъема стрелы одноковшового экскаватора. Их работа продолжается несколько минут, после чего они надолго выключаются. График кратковременного режима представлен на рис.

При повторно-кратковременном режиме рабочие периоды чередуются с паузами, т. е. с периодами остановки электродвигателя. За период работы двигатель не успевает полностью нагреться, а за период остановки — полностью остыть. Повторно-кратковременный режим дополнительно подразделяется на режим периодический и непериодический (рис. 3,s и г). При таких режимах работают электродвигатели кранов, лифтов и других подъемных механизмов. Рассматриваемый режим характеризуется показателем ПВ (продолжительность включения), который равен отношению продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла (рабочего периода и остановки).

Рис. 3. Упрощенные графики работы электроприводов при различных режимах
а — длительный; б — кратковременный; а — периодический повторно-кратковре-менный; г — непериодический повторно-кратковременный (т— температура нагрева двигателя)

По характеру изменения нагрузки во времени различают следующие режимы:

1) работа при постоянной нагрузке, не меняющейся с течением времени. Так работают, например, двигатели вентиляторов и центробежных насосов;

2) работа при переменной нагрузке, меняющейся через определенные, равные отрезки времени. Такой режим характерен для электродвигателей поршневых насосов;

3) работа при нерегулярно переменной нагрузке, меняющейся бессистемно, через разные промежутки времени. При таком режиме работают двигатели башенных кранов и других подъемных механизмов.

По характеру изменения скорости вращения от нагрузки различают:

1) работу при постоянной или почти постоянной скорости вращения, когда постоянную скорость вращения обеспечивают синхронные двигатели, а почти постоянную скорость, независимую от изменения нагрузки, — электродвигатели постоянного тока параллельного возбуждения и трехфазные асинхронные двигатели с малым сопротивлением в цепи якоря (ротора);

2) работу со слегка падающей скоростью вращения, когда допустимо незначительное снижение скорости вращения двигателя от холостого хода до максимальной нагрузки. Такой режим обеспечивают трехфазные асинхронные двигатели, двигатели постоянного тока параллельного возбуждения и некоторые двигатели коллекторного типа переменного тока;

3) работу с сильно падающей скоростью вращения, которую обеспечивают электродвигатели с большим сопротивлением в цепи ротора, электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, трехфазные и однофазные двигатели переменного тока коллекторного типа.

По характеру регулирования скорости вращения различают следующие режимы:

1) работа при нерегулируемой скорости, которую можно обеспечить любым электродвигателем без приспособлений для регулирования скорости. Для большинства строительных машин характерна работа при постоянной скорости;

2) работа при регулируемой скорости, обеспечиваемая двигателями переменного и постоянного тока, снабженными специальными устройствами для регулирования скорости. вращения. Двигатели постоянного тока по сравнению с двигателями переменного тока дают большие возможности в отношении регулирования скорости и ее диапазона. Такой режим (с регулированием скорости) требуется для ряда строительных машин, например строительных кранов, экскаваторов и др.

S1 – продолжительный номинальный режим работы электродвигателя

Этот режим работы характеризуется неизменной нагрузкой на валу двигателя в течение всего времени его работы.

График изменения мощности P на валу электродвигателя, момента M, потерь мощности ΔP и перегрева τ для продолжительного номинального режима работы S1.

Температурный режим двигателя следующий: он разогревается до установившегося перегрева и продолжает работать с этим перегревом весь период работы. Происходит это, потому что потери в двигателе на всем отрезке его работы будут постоянными, как только в двигателе установится квазистационарный процесс, то есть когда количество тепла, выделяемого внутри электродвигателя равно количеству тепла, отдаваемого электродвигателем в окружающую среду.

При таком режиме двигатель моет работать не только с постоянной, но и с циклической нагрузкой.

S2 – кратковременный номинальный режим работы электродвигателя

График изменения мощности P на валу электродвигателя, момента M, потерь мощности ΔP и перегрева τ для кратковременного номинального режима работы S2.

Этот режим работы характеризуется чередованием периодов с неизменной нагрузкой с периодами отключения двигателя.

В этом режиме за время работы t_р превышение температуры двигателя достигает τдоп, а за время отключения t₀ электродвигатель остывает до температуры окружающей среды. Если в этом режиме использовать электродвигатель, рассчитанный на длительный режим работы, то при кратковременном режиме работы в конце рабочего периода t_р превышение температуры не достигает допустимого значения, то есть электрический двигатель будет недоиспользован по нагреву, а, следовательно, и по мощности. Для полного использования по нагреву двигатель необходимо перегрузить по мощности на валу. Другими словами, для кратковременного режима работы надо выбрать двигатель меньшей мощности. Чтобы количественного оценить перегрузку двигателя и его перегрев используются коэффициенты термической и механической перегрузок.

Коэффициентом термической перегрузки называется отношение потерь при кратковременном режиме работы к потерям при номинальном режиме работы.

p_т = Δp_кр/Δp_н = (τ_уст/τ_доп)·(1 – e^-t/Tн)

Коэффициент термической перегрузки изменяется по экспоненциальному закону.

Определяется коэффициент термической перегрузки с помощью зависимости коэффициента термической перегрузки от относительной продолжительности рабочего режима t_р/T_н. В справочных данных приводятся универсальные зависимости коэффициентов термической и механической перегрузок.

Зависимости коэффициентов термической p_т и механической p_м перегрузок при кратковременном режиме работы электродвигателя от относительной длительности его рабочего периода t_р/T_р.

Коэффициент механической перегрузки p_м – отношение мощности при кратковременном режиме к мощности при номинальном.

p_м = P_кр/P_н

Коэффициенты термической и механической перегрузки связаны между собой функцией:

p_м = √p_т

Коэффициенты механической и термической перегрузки зависят от отношения постоянных потерь к переменным потерям в номинальном режиме.

a = k/v_н

Если из типовых характеристик определить коэффициент термической перегрузки при отношении рабочего времени к номинальному при t_р/T_н = 0,4÷0,3, то он будет лежать в пределах p_м = 2÷2,5.

Все электродвигатели рассчитываются на перегрузку по моменту в 2,5÷3 раза. Отсюда следует, что при отношении рабочего времени к нагреву t_р/T_н = 0,3÷0,4 машина будет работать с допустимой перегрузкой.

Все части: 1 | 2 | 3

Вакансии в Иваново для музыкантов и учителей.

Содержание

1. Основные режимы работы электродвигателей
2. Дополнительные режимы работы электродвигателей

Режимы работы электродвигателей – это определенный порядок чередования периодов, который характеризуется:

• продолжительностью и величиной нагрузки;
• условиями охлаждения;
• частотой пуска и отключений;
• частотой реверса;
• соотношениями потерь в периоды установившегося движения и пуска.

Так как существует множество режимов, выпуск двигателей для каждого из них нецелесообразен, поэтому серийные двигатели проектируются согласно ГОСТ для работы в восьми номинальных режимах. Номинальные данные содержатся в паспорте электродвигателя. Оптимальное функционирование агрегата гарантируется при его эксплуатации при номинальной нагрузке и в номинальном режиме.

Основные режимы работы электродвигателей

Существуют три основных (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный) и пять дополнительных режимов работы, условно маркированных согласно международной классификации S1-S8. Отечественные электромашиностроительные заводы в обязательном порядке включают номинальные данные на основные режимы в каталоги и паспорт агрегата.

Продолжительный режим (S1) предусматривает длительный и беспрерывный рабочий период, во время которого двигатель нагревается до установившейся температуры. Он может «подразделяться» на два вида:

• Режим с постоянной нагрузкой (без изменения температуры в период работы). В нем функционируют двигатели конвейеров, электроприводы вентиляторов и насосов.
• Режим с изменяющейся нагрузкой (температура поднимается или падает с изменением нагрузки). Он используется при работе металлорежущих, деревообрабатывающих и прокатных станков.

Кратковременный режим работы электродвигателя (S2) характеризуется непродолжительным рабочим периодом (по стандартам 10, 30, 60, 90 минут) без нагрева двигателя до установившейся температуры с последующим его охлаждением во время паузы до температуры окружающей среды. В этом режиме действуют электроприводы запорных устройств (вентилей, шлюзов, заслонок и т.д.). В паспорте двигателя указывается продолжительность рабочего периода (например, S2 – 60 мин.).

Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя (S3) – режим, при котором в течение рабочего периода нагрев двигателя не достигает установившейся температуры, а во время паузы не происходит охлаждения до температуры окружающей среды. Он характеризуется непрерывным чередованием периодов работы под нагрузкой и вхолостую. Так функционируют электроприводы подъемных кранов, экскаваторов и лифтов, то есть устройств, действующих циклично.

Дополнительные режимы работы электродвигателей

Дополнительные режимы обозначены маркерами S4-S8. Они введены для более удобного эквивалентирования произвольных режимов и расширения номенклатуры номинальных режимов.

S4 – повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов. Каждый цикл работы включает в себя:

• длительный период пуска, в течение которого пусковые потери оказывают влияние на температуру узлов агрегата;
• период функционирования при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
• паузу, во время которой не предусмотрено охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.

S5 – повторно-кратковременный режим с электрическим торможением. В цикл работы входят:

• долгое время пуска;
• время работы при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
• период быстрого электрического торможения;
• период работы вхолостую без охлаждения до температуры окружающей среды.

S6 – перемежающийся режим работы. Цикл работы состоит из:

• периода функционирования с постоянной нагрузкой;
• паузы.

В течение обоих периодов температура двигателя не достигает установившегося значения.

S7 – перемежающийся режим с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов. В каждый цикл включены:

• длительный период пуска;
• время действия машины с постоянной нагрузкой;
• быстрое электрическое торможение.

Паузы данным режимом не предусмотрены.

S8 – перемежающийся режим с разными частотами вращения (2 или более). В цикл входят периоды:

• работы с неизменной частотой вращения и постоянной нагрузкой;
• работы при других неизменных нагрузках, причем каждой из них соответствует определенная частота вращения.

Как и предыдущий, этот режим не содержит пауз.

Если вы знаете характеристики работы электродвигателей, вам не составит труда выбрать агрегат, оптимально подходящий для ваших целей. Указанная в каталогах мощность двигателя предусматривает его эксплуатацию в нормальных условиях в режиме S1 (если это не двигатель с повышенным скольжением). Превышение мощности при режиме S2 допустимо не более чем на 50% в течение 10 минут, 25% в течение 30 минут и 10% в течение 90 минут.

На основании анализа реальных режимов выделен специальный класс режимов —номинальные режимы, для которых проектируются и изготавливаются серийные двигатели.

Данные, содержащиеся в паспорте электрической машины, относятся к определенному номинальному режиму и называются номинальными данными электрической машины. Заводы-изготовители гарантируют при работе электродвигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке полное использование его в тепловом отношении.

Действующим ГОСТ предусматриваются 8 номинальных режимов, которые в соответствии с международной классификацией имеют условные обозначения S1 — S8.

Продолжительный режим работы S1

— работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей.

Продолжительный режим работы электродвигателя S1

Кратковременный режим работы S2

— работа машины при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды.

Для кратковременного режима работы нормируется продолжительность рабочего периода 15, 30, 60, 90 мин.

Кратковременный режим работы электродвигателя S2

Повторно-кратковременный режим работы S3

— последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды. 

В этом режиме цикл работы таков, что пусковой ток не оказывает заметного влияния на превышение температуры. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия и не превышает 10 мин. Режим характеризуется величиной продолжительности включения в процентах:

ПВ = (tр / (tр + tп)) х 100%

Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя S3

Нормируемые значения продолжительности включения: 15, 25, 40, 60 %, или относительные значения продолжительности рабочего периода: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60.

Для режима S3 номинальные данные соответствуют только определенному значению ПВ и относятся к рабочему периоду.

Режимы S1 — S3 являются в настоящее время основными, номинальные данные на которые включаются отечественными электромашиностроительными заводами в каталоги и паспорт машины.

Номинальные режимы S4 — S8 введены для того, чтобы впоследствии упростить задачу эквивалентирования произвольного режима номинальным, расширив номенклатуру последних. 

Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов S4 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей машины, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

 Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов

S4: tп и tн -время пуска и торможения

Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, время быстрого электрического торможения и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

 Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5

Перемежающийся режим работы S6 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с постоянной нагрузкой и время работы на холостом ходу, причем длительность этих периодов такова, что температура машины не достигает установившегося значения.

Перемежающийся режим работы S6: to — время холостого хода

Перемежающийся режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз.

Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7

Перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения S8 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждой из которых соответствует своя частота вращения (например, этот режим реализуется при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя). Режим не содержит пауз.

Перемежающийся режим работы с периодически изменяющейся частотой вращения S8

Учет режима работы имеет большое значение при подборе двигателя. Мощности двигателей, указанные в каталогах, приведены для режима S1 и нормальных условий работы, кроме двигателей с повышенным скольжением.

Если двигатель работает в режиме S2 или S3, он нагревается меньше, чем в режиме S1, и поэтому он допускает большую мощность на валу.

При работе в режиме S2 допустимая мощность может быть повышена на 50 % при длительности нагружения 10 мин, на 25 % — при длительности нагружения 30 мин, на 10% — при длительности нагружения 90 мин.

Для режима S3 рекомендуются двигатели с повышенным скольжением.