Определение допустимой частоты включения короткозамкнутых асинхронных двигателей
Определение допустимой частоты включения короткозамкнутых асинхронных двигателей - раздел История, Основные сведения. История развития ЭП
При Малых Продолжительностях Цикла Повторно-Кратковременных Р...
При малых продолжительностях цикла повторно-кратковременных режимов возрастает доля пусковых и тормозных потерь в общем балансе потерь энергии за цикл и лимитирующими режим в тепловом отношении становятся длительности цикла или число включений двигателя в час. Учет этих ограничений особенно важен в приводах с большой частотой включений короткозамкнутых асинхронных двигателей.
В приводах некоторых механизмов возникает необходимость по условиям технологического процесса в частоте включения двигателя 600 — 800 в 1 ч. Более того, в таких режимах падает эффективность охлаждения самовентилируемых двигателей, что требует учета при проверке по допустимой частоте включений.
Определение допустимого числа включений двигателя в час проведем, сравнив при этом энергию потерь за цикл с энергией, отводимой в охлаждающую среду, при этом предположим, что гарантируются малые отклонения температуры двигателя от среднего уровня.
Потери энергии в двигателе за цикл состоят из потерь энергии при пуске и торможении , а также потерь за время установившегося режима . Пусть мощность при номинальной скорости, отводимая в окружающую среду, есть . Тогда в период паузы из-за ухудшения теплоотдачи самовентилируемого двигателя мощность теплоотвода будет , а в период пуска и торможения . Представим баланс энергий за цикл в виде
, ( 5.35)
где — время пуска и торможения; — время установившейся работы; — время паузы.
Представим параметры цикла следующим образом:
где h— число включений в час.
Подставляя в (5.35) значения и и решая его относительно h , получаем
. (5.36)
Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором третьим членом знаменателя можно пренебречь по сравнению с , так как он не превышает 2 - 4 % этой суммы, поэтому
. (5.37)
Если в установившемся режиме двигатель работает с номинальной формулу (9.123) можно упростить, и она примет вид
. (5.38)
Из (5.37) видно, что число включений в час зависит от статической нагрузки, определяющей мощность потерь , относительной продолжительности включения , коэффициента ухудшения теплоотдачи и от потерь энергии в переходных режимах.
С уменьшением возрастает h, достигая наибольшего значения при холостом ходе. На допустимое число включений в час существенно влияют потери энергии в переходных режимах, так как они пропорциональны моменту инерции привода, поэтому с ростом , уменьшается допустимое число включений.
Из (5.37) следует также, что при допустимая частота включений не зависит от . Когда , то с ростом можно допустить большее число включений. Наконец, если , то с ростом уменьшается h. Для номинальной нагрузки в установившемся режиме с ростом допустимая частота включений уменьшается.
Увеличение допустимой частоты включений достигается независимой вентиляцией двигателя, действующей одинаково интенсивно в течение всего цикла работы электропривода. Существенного увеличения h можно добиться путем уменьшения потерь энергии в переходных процессах. В этом отношении, как указывалось, частотное управление асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором по сравнению с другими способами управления обеспечивает минимальные потери в переходных процессах. Исследования показали, что практически потери энергии за время переходного процесса достигают минимума при токах, приблизительно в 1,5 — 2 раза больших номинального, и оптимальном абсолютном скольжении. В большинстве случаев именно эти значения токов статора и обусловливают максимально допустимую частоту включений асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при частотном управлении.
Для частотно-управляемого асинхронного привода допустимая частота включений оказывается в несколько раз больше по сравнению с допустимой частотой включений при прямом пуске двигателя от сети с неизменной частотой и амплитудой напряжения и торможением противовключением.
Примеры решения задач
Применительно к схеме рис. 1, рассчитать значения приведённого к валу электродвигателя момента инерции элементов механического передаточного устройства J и приведённого к валу электродвигателя момента нагрузки (сопротивления) Мс при подъёме груза.
Дано:
моменты инерции двигателя Jд вместе с муфтой М1 и шестерней z1 равны 0,15 кг × м2;
передаточное число редуктора ip = z2 / z1 = 86/14 = 6,14;
КПД редуктора ηр = 0,97 и барабана ηб = 0,95;
скорости двигателя W = 93 рад/с и подъёма груза Vи.о = 0,1 м/с;
масса груза вместе с крюком m = 850 кг.
Рис. 1. Схема механической части электропривода:
ЭД – двигатель; М1, М2 – соединительные муфты; Р – редуктор; Б – барабан; К – канат; Кр – крюк лебёдки.
Решение:
Приведённый момент нагрузки Mс, Н × м, определяем по формуле 2:
где g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести.
Приведённый к валу электродвигателя момент инерции J (кг ×м2) находим по формуле 3:
При спуске груза приведённый момент нагрузки Мс должен быть рассчитан по формуле
,
а момент инерции остаётся неизменным.
Пример 1
Рассчитать и построить естественную электромеханическую характеристику двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения, имеющего следующие паспортные данные: Рном = 2,2 кВт; Uном = 220 В; Iном = = 13А; nном = 1000 об./мин; ηном = 77 %; Iв. ном = 0,7А; Rо.в = 300 Ом.
Решение
Для построения искомой характеристики, которая представляет собой прямую линию, достаточно определить координаты двух точек: номинального режима и идеального холостого хода.
Для точки номинального режима определяем номинальную угловую скорость ωн,, рад/с:
номинальный момент Mн, Н × м:
номинальное сопротивление ДПТ, Rн, Ом:
Далее по приближённой формуле находим сопротивление якорной цепи:
Rя = 0,5 × 17 (1 – 0,77) = 2 Ом.
Определяем значение kΦном, В × с/рад:
Скорость идеального холостого хода равна
По координатам точек холостого хода (ω0, 0) и номинального режима (ωном, Iном) на рис. 1 построена естественная электромеханическая характеристика ДПТ независимого возбуждения.
Рис. 1. Естественная электромеханическая (скоростная) характеристика двигателя
Пример 2
Рассчитать и построить естественные характеристики ДПТ последовательного возбуждения, имеющего следующие данные: Рном = 3 кВт; nном = 960 об./мин; Uном = 220 В; Iном = 19 А; ηном = 0,89.
Решение
1. Определяем номинальные угловую скорость ωном и момент Мном:
2. Воспользуемся универсальными характеристиками двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (рис. 2) и составим таблицу для расчётов:
Рис.2. Универсальные характеристики двигателей постоянного тока последовательного возбуждения
I*
0,4
0,8
1,2
1,6
M*
0,3
0,8
1,25
1,7
2,38
ω*
2,1
1,2
0,9
0,7
0,6
ω = ω* × ωном
M = M* × Mном
I = I* × Iном
7,6
15,2
22,8
30,4
Первые три строки таблицы заполняются с помощью характеристик рис. 3. Данные строк 4-6 получаются умножением относительных значений величин на номинальные значения соответствующих координат ДПТ. По данным строк 4 и 6 таблицы, а построена естественная электромеханическая, а по данным строк 4 и 5 – естественная механическая характеристики ДПТ (рис. 3 а, б).
Рис. 3. Механическая характеристика а) и электромеханическая характеристика б)
Общая структура электропривода
Нельзя представить себе ни одного современного производственного механизма, в любой области техники, который не приводился бы в действие автоматизированным электроприводом. В электроприводе основ
Требования к электроприводу
Сформулируем общие требования к ЭП, как к системе, ответственной за управляемое электромеханическое преобразование энергии, т.е. определим главные показатели, которые характеризуют ЭП.
1.
Состав механической части электропривода
Обычно двигатель приводит в действие производственный механизм через систему передач, отдельные элементы которой движутся с различными скоростями. Часто в рабочих механизмах один из элементов сове
Статическая устойчивость ЭП
Механические характеристики двигателей и производственных механизмов должны подбираться так, чтобы обеспечивать устойчивую работу привода в установившемся режиме.
В статически устой
Переходные режимы работы ЭП
Переходным режимом электропривода называют режим работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, момент и ток.
Причинами возникновения перех
Время ускорения и замедления привода
Поскольку периоды разгона и торможения ЭП обычно снижают эффективность работы механизма, их стремятся сокращать. Особенно важно такое сокращение для приводов механизмов, работающих с частыми пускам
Основные уравнения для ДПТНВ
Напряжение, подводимое к якорной цепи двигателя, в установившемся режиме уравновешивается падением напряжения на сопротивлениях цепи якоря и противо э.д.с. якоря, которая наводится в обмотке якор
Построение механической характеристики
Естественная механическая и скоростная характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеют вид прямых, пересекающих ось ординат, поэтому они могут быть построены по двум точкам
Построение динамических характеристик
При скорости идеального холостого хода, когда ток в якорной цепи равен нулю, ЭДС якоря, направленная навстречу приложенному
Рисунок 3.3 - Динамическая харак
Уравнение характеристик двигателя в относительных единицах
Для сравнения характеристик двигателей различной мощности удобно представить характеристики двигателя в относительных единицах. При этом принимаются следующие базисные величины:
Uб
Основные показатели регулирования угловой скорости электроприводов
Регулированием скорости называется принудительное изменение скорости электропривода в зависимости от требований технологического процесса. Понятие регулирования скорости не следует смешивать с ест
Регулирование скорости ДПТ НВ
Из уравнения скоростной или механической характеристик, вытекает, что возможны три способа регулирования угловой скорости двигателя
1) Изменением напряжения на якоре
2) Изменение
Динамическое торможение
Происходит при отключении якоря двигателя от сети и замыкании его на резистор, поэтому иногда его называют реостатным торможением. Обмотка возбуждения при этом должна оставаться присоединенной к
Торможение противовключением
(Генераторный режим работы последовательно с сетью)
3.10.3.1 За счёт изменения полярности приложенного напряжения
Изменение направления вращения
Построение характеристик
Для получения общего характера зависимостей можно воспользоваться кусочно- линейной апроксимацией кривой намагничивания двигателя Ф*=f(Iя*).
Первый участок I
Виды схем замещения
Математическое описание физических процессов в асинхронном двигателе в установившихся процессах выполняют на основе эквивалентных схем замещения. Это делают для одной фазы (ввиду симметричности обм
Установившиеся процессы АД на основе Г-образной схемы замещения.
Упрощенная схема замещения одной фазы асинхронного двигателя приведена на рисунке 4.2, где в обозначениях коэффициенты с индексом 1 относятся к обмотке статора (первичной цепи), а с индексом 2 – к
Вывод уравнения механической характеристики
Электромеханической характеристикой АД называют зависимость между угловой скоростью ротора ω (или скольжением) и током статора I1 или током ротора I’
Схемы динамического торможения асинхронного двигателя
На рис. 4.7, а-е представлены различные схемы включения обмоток статора при питании их от источника постоянного тока. В схемах на рис. 4.7, д, е нагрузка всех фаз обмотки статора равномерна, однако
Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором
Для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором нужно принять меры для увеличения пускового момента и снижения пусковых токов. С этой целью в цепь ротора включают добавочное активное сопротивлени
Расчет и построение пусковых характеристик
Для расчета пусковых характеристик нужно задаться значениями момента , при котором происходит переключение ступеней пускового реостата о.е.
Пусковые значения момента , (см. рис. 4.13) нахо
Реостатное регулирование скорости по цепи ротора
Реостатный способ пуска заключается во введении резисторов для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (АДсКЗ) в цепь статора, а для асинхронных двигателей с фазным ротором – в цепь ротор
Реостатное регулирование по цепи статора
Допустимый момент асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при реостатном регулировании по цепи статора резко падает (как это показано штриховой линией на рис. 4.17, б), так как зна
Общие принципы
Если регулировать напряжение, подводимое к трем фазам статора асинхронного двигателя, то можно, отвлекаясь от влияния параметров регулирующего устройства на характеристики двигателя, изменять макс
Регулирование скорости изменением напряжения АД с фазным ротором
Лучшее использование двигателя и более благоприятные характеристики могут быть получены, если применить двигатель с фазным ротором, в роторную цепь его включить дополнительный нерегулируемый резис
Импульсное изменение напряжения
Для регулирования напряжения используются как тиристорные регуляторы напряжения с фазовым управлением, так и реакторы насыщения, автотрансформаторы и импульсные, например тиристорные или контактны
Общие принципы
Из выражения для угловой скорости асинхронного двигателя:
(4.28)
следует, что угловую скорость можно регулировать, изменяя число пар полюсов
Механические характеристики при регулировании
Переключение обмоток статора по схемам, изображенным на рис. 4.23, г и д, дает возможность получить момент, вдвое больший при двойном числе полюсов по сравнению с одинарным. Это озна
Особенности регулирования
Практически диапазон регулирования не превышает 6:1 (3000 : 500 об/мин).
Направление регулирования при этом способе является условным и зависит от того, при каком числе полюсов угловая ск
Каскадные схемы
Параметрические способы регулирования скорости АД (кроме изменения числа пар полюсов) имеют низкие энергетические показатели, так как с увеличением диапазона регулирования растут потери скольжения
Электромеханический каскад
Электромеханический каскад (рис. 4.30), потребляя из сети электрическую мощность передает на вал двигателя М механическую мощность за вычетом потерь мощности в статоре и мощности ско
Машинно-вентильные и вентильные каскады
По элементному составу различают машинные, вентильно-машинные электромеханические и электрические каскады, а также вентильные электрические каскады. На рис. 4.31 приведены схемы машинно-вентильн
Механические характеристики синхронного двигателя
Рисунок 4.35 – Схема синхронного двигателя
Схема включения синхронного двигателя приведена на рис. 4.35. Этот двигатель имеет обычный по своему конструктив
Векторная диаграмма синхронного двигателя
Рассмотрим упрощенную векторную диаграмму синхронного двигателя. На этой диаграмме приняты следующие обозначения:
I - вектор фазного тока статора;
Е, Uс — векторы
Угловая характеристика синхронного двигателя
Зависимость момента синхронного двигателя от угла внутреннего сдвига фаз приведена на рис. 4.39. Наибольшего значения момент двигателя достигает при угле θ = π/2. Эта величина характери
Регулирование скорости синхронного электропривода
Вентильным двигателем (ВД) называется устройство, состоящее из электродвигателя переменного тока (по конструкции аналогичного синхронному) и вентильного коммутатора (преобразователя частоты
Допущения при изучении процессов нагрева двигателей
Условия нагрева отдельных частей машины различны. Большему нагреву подвергаются части обмоток, расположенные во внутренних областях машины. Так же неодинаково и выделение теплоты в различных режима
Вывод уравнения нагрева
Уравнение теплового баланса двигателя при неизменной нагрузке имеет вид:
ΔРdt = Aτdt + Cdτ, (5.1)
где ΔР - количество теплоты (
Кривые нагрева и охлаждения
На рис. 5.2 даны кривые, отображающие процесс охлаждения двигателя. Здесь кривая 1 соответствует уменьшению нагрузки, а кривые 2 и 3 – отключению двигателя от сети.
&n
Коэффициент ухудшения теплоотдачи
У самовентилируемых двигателей открытого исполнения малой и средней мощности постоянная времени составляет около 1 часа, у двигателей закрытого типа большой мощности – 3-4 часа. При отключении само
Номинальные режимы работы электродвигателей
Под номинальным режимом работы электрической машины понимается режим, для которого она предназначена предприятием-изготовителем (ГОСТ 17154-71). Для этого режима в каталогах и паспорте двигателя у
Основные положения выбора двигателей
Род тока для электропитания двигателя (постоянный ток, переменный ток трех- или однофазный промышленной или повышенной частоты) определяется выбором типа двигателя: двигатель постоянного или переме
Рекомендации по выбору двигателей
Для электропривода с глубоким регулированием частоты вращения приходится делать выбор между двигателем постоянного тока и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором при его питании oт регули
Определение расчетной мощности и выбор двигателя
Расчетная мощность двигателя Pрасч (кВт), требуемая для электропривода, определяется величинами статического нагрузочного момента Mс (Н м) на вал
Расчет мощности для некоторых производственных механизмов
Ниже приведены упрощенные формулы для определения расчетной мощности двигателей некоторых типовых установок, работающих в продолжительном режиме S1 с неизменной нагрузкой.
Центробежные вен
Расчет мощности двигателя для продолжительного режима
Выбор конкретного типоразмера двигателя ведется на основании технических требований к электродвигателю: расчетной мощности, требуемой частоты вращения, режима работы, допустимых значений воздействи
Расчет мощности двигателя для кратковременного режима
Задача расчета сводится к определению мощности двигателя , способного выдержать перегрузку Pкр, работая в кратковременном режиме в течение времени tкр (см. рис.
Новости и инфо для студентов