Скачать: tema-5.zip [27,09 Kb] (cкачиваний: 4)  

1.Переходные процессы в электроприводе. Переходный режим (определение).

2.Зависимости тока и угловой скорости от времени в процессе пуска.

3.Постоянные времени переходного процесса.

4.Условия (критерии) выбора типа электродвигателя для электропривода: по режиму работы, по категории размещения, по классу, по исполнению.

5.Нагрев и охлаждение электродвигателей.

6.Энергетика электропривода. КПД, потери энергии в электроприводе при различных режимах работы.

1.Переходные процессы в эп. Переходный режим.

При пуске и останове ЭД, при его реверсе, изменении задания на скорость в регулироемом ЭП, при приложении к валу ЭД механической нагрузки изменяются параметры ЭП: ток, момент, скорость и другие. При этом привод переходит из одного установившегося режима работы с одними параметрами движения в другой установившийся режим с другими параметрами. Однако этот переход не м.б. мгновенным, т.к. ток в двигателе из-за электромагнитной инерционности его цепей не может изменяться мгновенно, также не может изменяться мгновенно скорость двигателя из-за механической инерционности движущихся масс ЭП.

Переходным режимом ЭП называется протекающий во времени процесс перехода от одного установившегося режима работы к другому установившемуся состоянию.

2. Зависимости тока и угловой скорости отвремени в процессе пуска.

3. Постоянные времени переходного процесса.

Электромеханической постоянной времени называется время, в течение которого ЭП, обладая моментом инерции J, разгоняется из неподвижного состояния до угловой скорости идеального х.х. под действием неизменного момента, равного моменту к.з. двигателя: .

Электромагнитная инерционность, связанная с накоплением энергии электромагнитного поля; эта инерционность оценивается электромагнитной постоянной времени: .

Электростатическая инерционность, связанная с накоплением энергии электростатического поля; эта инерционность оценивается постоянной времени: .

4. Условия выбора типа эд для эп: по режиму работы, по категории размещения, по классу, по исполнению.

При выборе приводного электродвигателя решается ком­плекс вопросов: расчет мощности электродвигателя; расчет номинальной скорости вращения (вместе с опреде­лением передаточного отношения механической передачи); выбор двигателя в соответствии с режимом его работы по условиям нагрузки; выбор двигателя по условиям пуска; определение необходимой степени защиты оболочки дви­гателя; выбор конструктивного исполнения на соответствие усло­виям окружающей среды; выбор системы охлаждения двигателя.

По условиям окружающей среды двигатели изготавливают в следующих климатических исполнениях У, УХЛ, Т, М, ОМ (для умеренного, умеренного и холодного, тро­пического и морского климата).

По степени защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями и попадания посторонних тел внутрь машины, а также степени защиты от проникновения воды внутрь машины, они выпускаются в следующих исполнениях:

1РОО - открытая электрическая машина, специальная защита отсутствует;

1Р10, 1Р20 - машина, защищенная от прикосновения и попа­дания посторонних предметов;

1Р11...IP43 - машина, защищенная от капель воды, от при­косновения и попадания посторонних предметов;

1Р44-1Р54 - закрытая машина, защищенная от брызг, при­косновения и попадания посторонних предметов;

1Р55...1Р58 - закрытые машины, защищенные от водяных струй (1Р55) и от проникновения воды внутрь при неограниченно длительном погружении в воду (1Р58).

Кроме того, выпускаются машины для работы во взрыво­опасной среде и в особых условиях окружающей среды.

По способу охлаждения двигатели подразделяют на машины с естественным охлаждением, с самовентиляцией, имеющие вен­тилятор на валу двигателя (защищенные или закрытые) и с неза­висимой вентиляцией.

Для электроприводов, предназначенных для работы в дина­мических режимах стремятся выбирать двигатель с пони­женным моментом инерции ротора. Для таких условий изготавливаются малоинерционные двигатели. Для машин с кривошипно-шатунной кинематикой применяют двигатели с повы­шенным моментом инерции, Для электроприводов, работающих в повторно-кратковременном режиме и в неблагоприятных услови­ях эксплуатации, связанных с механическими нагрузками, воз­действием повышенной влажности, температуры и прочее, изго­тавливаются двигатели специального конструктивного исполне­ния - двигатели краново-металлургических серий.

При выборе номинальных параметров электропривода воз­никает задача выбора величины передаточного коэффициента редуктора (или другой передачи), соединяющего вал электродви­гателя с рабочим органом машины. Синхронные и асинхронные двигатели выпускаются с высокими скоростями вращения, в то время как скорость рабочего органа, как правило, требуется зна­чительно ниже. Для снижения скорости и соответствующего повышения момента на валу рабочего органа необходимо использо­вание понижающей передачи (редуктора).

5. Нагрев и охлаждение электродвигателей.

Выделение потерь ДР в объеме двигателя вызывает его на­грев. Проведем упрощенный анализ процессов нагрева и охлаж­дения. Примем допущение, что двигатель в тепловом отношении представляет собой однородное твердое тело, характеризующееся:

- теплоемкостью С Дж/гр, которая показывает сколько теп­ловой энергии необходимо, чтобы повысить температуру двига­теля на 1 градус;

- коэффициентом теплоотдачи А Дж/гр.с, показывающим сколько тепла отдает двигатель окружающей среде за 1 сек при превышении температуры двигателя над температурой окру­жающей среды в 1 градус.

Уравнение теплового баланса будет , (1)

где - превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды.

Первый член уравнения (1) характеризует потери в дви­гателе, которые преобразуются в тепло, второй член - количество тепла, идущее на нагрев двигателя, третий - количество тепла, которое двигатель отдает окружающей среде. В первое время по­сле включения двигателя, когда его температура еще мало отли­чается от температуры окружающей среды (=0), отдача тепла в окружающую среду отсутствует и третий член уравнения (1) равен нулю. По мере нагрева двигателя все большая часть выде­ляемого в двигателе тепла передается в окружающую среду и, когда достигается равновесие между количеством выделяемого тепла и отдаваемого в окружающую среду, температура двигате­ля становится постоянной - установившейся.

Преобразовав уравнения (П. И) к нормальному виду при условии =const , получим .

Решение этого уравнения будет (2)

Обычно принимают температуру окружающей среды, равной начальной температуре перегрева. Тогда

(3)

В полученных выражениях: - установившееся значение температуры, которое зависит от величины потерь в двигателе, т.е. от его нагрузки;

- постоянная времени нагрева двигателя.

Переходная характеристика нагрева двигателя приведена на рис.11.2 (РИС. 42). Она носит экспоненциальный характер. За время, рав­ное двигатель нагреется до температуры 0,63.

При охлаждении характер изменения температуры во време­ни также описывается уравнением (2).

Если двигатель отключается и будет остывать до температу­ры окружающей среды (рис. 11.2), то .

Следует иметь в виду, что для самовентилируемых двигате­лей коэффициент теплоотдачи А существенно зависит от скоро­сти, поэтому охлаждаются такие двигатели намного медленнее, чем они нагреваются. Постоянная времени нагрева при охлажде­нии больше, чем при нагревании .

Исходя из особенностей режимов нагрева и охлаждения дви­гателей различают 8 режимов работы, основными из которых яв­ляются: продолжительный S1, кратковременный S2 и повторно-кратковременный S3.

1. Продолжительный режим (S1) - режим работы ЭД при неизменной нагрузке такой продолжительности, при которой превышение температуры ЭД дости­гает установившегося значения. Графики изменения мощности на
валу Р, потерь мощности и температуры перегрева т, соответ­ствующее режиму S1, приведены на рис 11.4,а (РИС. 43).

2. Кратковременный режим (S2) - это режим, в котором пе­риоды нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя. При этом за время работы двигателя, превышение температуры не достигает установившегося значения, а при отключении все части ЭД охлаждаются до температуры окружаю­щей среды. Режим характеризуется мощностью (моментом) и временем включения . Стандартная продолжительность рабоче­го периода составляет 10, 30, 60, 90мин. Рис. 11.4, б(РИС. 43)

3. Повторно-кратковременный режим (S3) - это режим, при котором кратковременные периоды нагрузки чередуются с пе­риодами отключения двигателя, причем за время работы превы­шение температуры двигателя не достигает установившегося значения, а при отключении двигатель не успевает остыть до температуры окружающей среды (рис.11.4,в). Режим S3 характе­ризуется нагрузкой и продолжительностью включения ПВ.

Стандартные значения ПВ, на которые рассчитываются и выпускаются ЭД, предназначенные для работы в режиме S3, составляют 15, 25, 40 и 60%. Максимальная продол­жительность цикла не должна превышать 10 мин.

Номинальные режимы S4...S8 введены для того, чтобы уп­ростить задачу выбора ЭД, работающих в этих режимах. Здесь ограничимся лишь упоминанием этих режимов: повторно-кратковременный режим работы с частыми пусками -S4; повторно-кратковременный режим работы с частыми пусками и электрическим торможением - S5; перемежающий режим рабо­ты - S6, когда после периода работы ЭД не отклю­чается, а продолжает работать вхолостую; перемежающий режим работы с частыми реверсами - S7; перемежающий режим работы с двумя и более скоростями - S8.

6. Энергетика эп. КПД, потери энергии в эп при различных режимах работы.

Энергетика ЭП.

Основное назначение электропривода - преобразовывать элек­трическую энергию в механическую и управлять этим процессом. В связи с этим энергетические показатели и характеристики элек­тропривода имеют первостепенное значение, тем более, что ЭП потребляет около 60-65% электроэнергии, производи­мой в стране.

КПД

Любой процесс передачи и преобразования энергии сопровож­дается ее потерями, т.е. входная мощность Р_вч всегда больше вы­ходной Р_вых на величину потерь , и очень важно, сколь велики эти потери.

Энергетическую эффективность процесса в данный момент обычно оценивают посредством коэф-та полезного действия (КПД), определяемого как

Важными энергет-ми характеристиками изделия - дви­гателя, преобразователя, редуктора или ЭП в целом - служит номинальный КПД

Потери в установившихся режимах.

Потери в электрических машинах детально изучаются в соот­ветствующих курсах. Основные составляющие потерь в машине: потери в обмотках (потери в меди), потери в магнитопроводе (потери в стали), потери в трущихся частях (потери механические).

Для нерегулируемого электропривода первую составляющую, пропорциональную, относят к переменным потерям, поскольку IM, a последний определяется моментом сопротивления, т.е. за­висит от технологического процесса. Две другие составляющие от­носят условно к постоянным потерям, т.к. потери в магнитопроводе определяются практически неизменными амплитудой и частотой магнитной индукции, а механические потери - практически неиз­менной скоростью. Таким образом, для нерегулируемого электро­привода в первом приближении можно считать , где К – постоянные потери.

Более детальное качественное представление о потерях дает рис. 37.1(РИС. 44) - диаграмма потерь при передаче энергии от электриче­ского источника к вращающейся нагрузке . На диаграмме указана также электромагнитная мощность - мощность в воздушном зазоре машины.

В регулируемом по скорости электроприводе энергетическая эффективность определяется главным образом выбранным спосо­бом регулирования, в связи с чем все способы можно разделить на две большие группы в зависимости от того, изменяется или нет в процессе регулирования.

К первой группе= const относятся все виды реостатного ре­гулирования, а также регулирование асинхронного двигателя с к.з. ротором изменением напряжения при неизменной частоте.

К второй группе относятся все «безреостатные» спо­собы регулирования в ЭП постоянного тока - изме­нением напряжения и магнитного потока и частотное регулирова­ние в ЭП переменного тока.