ПРОВЕРКА ВЫБРАННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ

7. ПРОВЕРКА ВЫБРАННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ

Регулируемый электропривод в системе ТПН-АД при сравнительно низкой стоимости, относительной простоте, хороших массогабаритных показателях и высокой надежности обладает достаточно широкими техническими возможностями при приемлемых в ряде случаев технико-экономических показателях. Это позволяет применять его в механизмах циклического действия, которые требуют управляемых пускотормозных режимов, кратковременного снижения скорости, точной отработки позиционных перемещений.

Важной задачей при проектировании системы ЭП является обоснованный выбор мощности электродвигателя [2]. Для АД решение задачи осложнено нелинейной зависимостью между моментом двигателя и его током статора, т.е. нельзя использовать метод эквивалентного момента для проверки двигателя по нагреву. Из-за этого используют метод средних потерь, для реализации которого достаточно знание лишь паспортных данных АД, параметров тахограммы ЭП и его нагрузочной диаграммы.

В системах ТПН-АД регулирование скорости связанно с возрастанием скольжения, следовательно и с увеличением потерь, т.к. P2=PэмS. Нагрев двигателя в повторно-кратковременном режиме определяется потерями энергии в машине на участках разгона, торможения и установившейся скорости. При этом необходимо обеспечить нормальное тепловое состояние двигателя, т.е. его работу без перегрева.

Исходное выражение для метода средних потерь в системе ТПН-АД выглядит так [2]:
Pср – средние потери в двигателе за цикл работы;

гр` - приведенная продолжительность включения графика нагрузки

PN – номинальные потери двигателя;

N` - приведенная номинальная продолжительность включения.

Для двигателей, нормированных на повторно-кратковременный режим работы:

N - номинальная продолжительность включения;

0 – относительный коэффициент теплоотдачи при неподвижном двигателе;

ПТ – относительный коэффициент теплоотдачи при пуске (торможении) двигателя и при работе на пониженной скорости.

Без учета добавочных и механических потерь суммарные потери в АД:

Pм1(Pм2) – потери в меди статора (ротора) (Pм1N=3.I21N.r1 и Pм2N=MN.0.SN);

Pс1(Pс2) – потери в стали статора (ротора).

Потери в меди и стали асинхронной машины могут быть определены, если известны ее параметры, напряжения, приложенные к обмоткам двигателя, и токи. Для облегчения расчетов и анализа необходимо выразить потери в относительных единицах. При этом допустимым является пренебрежение потерями в стали на фоне потерь в меди.

Средние потери:

Wп, Wт – потери энергии в меди статора и ротора при пуске, торможении;

Pу, Pпон – мощность потерь при работе на установившейся полной и пониженной скорости.

При динамическом торможении ток протекает только по двум обмоткам статора. Поэтому для исключения перегрузки отдельных фаз двигателя условие проверки целесообразно рассматривать по отношению к мощности потерь, выделяющихся в одной фазе:

n – количество участков тахограммы;

tj – время работы на j-м участке тахогаммы.

При работе в установившихся режимах энергия потерь может быть определена:

Потери энергии в меди статора и ротора в установившемся двигательном режиме (и режиме торможения противовключением) [2]:

MC – момент статической нагрузки;

kп – коэффициент перегрузки по току, учитывающий нагрев от высших гармоник тока;

м1,Pм2 – потери в меди статора и ротора;

А – коэффициент, определяемый по паспортным данным.
Для определения потерь энергии в пускотормозных процессах, протекающих в двигательном режиме работы машины:

Mд – момент двигателя при работе в двигательном режиме;

 - заданное ускорение (замедление).

Потери энергии в меди статора и ротора в режиме динамического торможения (при изменении скорости от до 2):

Mд – момент двигателя в тормозном режиме.

Зная номинальную мощность, можно определить значение потребляемой активной энергии. При этом не учитывают несущественные составляющие потерь: механические и добавочные потери в двигателе, потери в стали ротора, потери в стали статора от высших гармоник.

Номинальная мощность потерь в меди статора:
PN – мощность потерь в двигателе в ном. режиме;

Pс1N – номинальная мощность потерь в стали статора.

kC – коэффициент потерь энергии в стали статора kC=(015-0.2).

Активная энергия, потребляемая двигателем при работе на установившейся
скорости в двигательном режиме:

Режим динамического торможения:

*= - относительная скорость движения.

Активная энергия, потребляемая в двигательном пускотормозном режиме:

Активная энергия, потребляемая в режиме динамического торможения:
Активная энергия, потребляемая асинхронным двигателем за цикл при отработке тахограммы, определяется:

Wп, WТ, Wу – активная энергия, потребляемая двигателем соответственно при пуске, торможении, работе на установившихся скоростях.

Проверка асинхронного двигателя, управление которого осуществляется за счет изменения подводимого к статорным обмоткам напряжения, осуществляется с помощью программы «TEPLO» на ЭВМ. Данная программа позволяет на основании нагрузочной диаграммы, тахограммы и приведенного к валу двигателя момента инерции механизма проверить двигатели по нагреву в соответствии с методом средних потерь. В программе предполагается, что изменение скорости происходит по линейному закону, а изменение момента нагрузки ступенчато. Для каждого проверяемого двигателя и заданной тахограммы рассчитываются следующие значения: максимально допустимые греющие потери в двигателе за цикл, фактические греющие потери в двигателе за цикл, активная энергия, потребляемая электроприводом за цикл, время цикла для получения минимально допустимой по нагреву продолжительности паузы, максимальное число включений в час, момент и энергия тепловых потерь двигателя на всех участках тахограммы. Проверку осуществим для двух двигателей.

Исходные данные для ввода в программу:

Наименование	MTKF211-6
Номинальная мощность, PN кВт	7.5
Номинальное напряжение, UN В	220
Номинальная частота вращения двигателя, nN об/мин (N 1/c)	880 (92.11)
Номинальный ток, IN А	19.5
Номинальный коэффициент мощности, cosN	0.77
Номинальный КПД, N	75.5
Ток намагничивания, Io А	11.65
Номинальный коэффициент мощности на холостом ходу, cos0	0.085
Активное сопротивление фазы обмотки статора, r1 Ом	0.76
Активное сопротивление фазы обмотки ротора, приведенное к статору, r`2 Ом	1.62
Индуктивное сопротивление рассеяния статора, x1 Ом	1.05
Индуктивное сопротивление рассеяния ротора, приведенное к статору, x`2 Ом	1.02
Максимальный момент, Mmax Н.м	216
Пусковой ток, IП А	78
Момент инерции двигателя, Jg кг.м2	0.110
Масса двигателя, m кг	110
Число пар полюсов, p	3
Номинальная продолжительность включения, N о.е.	0.4
Относительный коэффициент теплоотдачи двигателя в неподвижном состоянии, o	0.5
Конструктивный коэффициент, определяемый параметрами схемы замещения, a1	0.97
Пусковой момент, Mп Н.м	208.25
Коэффициент для расчета мощности потерь в стали двигателя, KC	0.2
Приведенный момент инерции механизма, Jмех кг.м2	0.0159

Получены следующие результаты.

Средняя мощность потерь за цикл: ΔPср = 241,8 Вт

Номинальные средние потери: ΔPср.доп = 360,2 Вт.

Активная энергия потребленная за цикл: Wц = 0,05046 кВт·ч.

Энергия потерь на участках сведена в таблицу

Участок	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Энергия потерь, Вт·с	462,60	11457	656,02	2333,88	312,47	0	129,39	581,21	252,8	0

В приложении приведены распечатки работы программы. Двигатель MTKF211-6 по нагреву прошел (допустимая мощность потерь за цикл равна 360.2 Вт, а средняя мощность потерь за цикл равна 241.8 Вт). Поэтому для данного механизма выбираем двигатель MTKF211-6. Двигатель выбран с достаточным запасом, это обеспечит дополнительную надежность и позволит в случае необходимости увеличить максимальное число включений в час.