Автор работы: Пользователь скрыл имя, 29 Октября 2013 в 13:26, реферат
Рассматриваемое электрооборудование, как правило, работает на переменном токе стандартной частоты 50 Гц при стандартных напряжениях. Согласно ГОСТ 721—77 для приемников электрической энергии установлены стандартные напряжения трехфазного переменного тока: 36, 220, 380, 660 В и 3, 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ. Для однофазного тока предусмотрены также стандартные напряжения 12, 24 и 127 В. Напряжения у источников питания, в частности у генераторов и вторичных обмоток трансформаторов, устанавливаются на 5% выше, чем у приемников, например 230, 400, 690 В, 6, 3, 10,5 кВ и т. д.
Рассматриваемое здесь силовое электрооборудование питается током напряжением от 220 до 10 000 В, осветительные приборы—напряжением от 12 до 220 В, а в устройствах электроснабжения нефтяной и газовой промышленности используются напряжения ПО—220 кВ.
Рис. 6. Механические характеристики электродвигателей:
I – абсолютно жесткая; II – жесткая; III - мягкая
Абсолютно жесткую характеристику имеют синхронные двигатели (их частота вращения не зависит от момента сопротивления на валу).
При жесткой характеристике изменению момента сопротивления от нуля до номинального значения соответствует незначительное (до 10%) изменение частоты вращения двигателя. Такие характеристики свойственны асинхронным двигателям и двигателям постоянного тока параллельного или независимого возбуждения.
Мягкой характеристикой обладают двигатели постоянного тока последовательного возбуждения. У этих двигателей с увеличением момента частота вращения сильно падает.
В зависимости от конфигурации механических характеристик производственного механизма и электродвигателя их совместная работа может быть устойчивой или неустойчивой.
Под статической устойчивостью
(т. е. под устойчивостью при
Электрическая машина постоянного тока является обратимой, т. е. она может работать как в режиме двигателя, потребляя электрическую энергию из сети и преобразуя ее в механическую, так и в режиме генератора, получая механическую энергию на вал извне и преобразуя ее в электрическую, которая снимается с зажимов машины. В электроприводе электрическая машина обычно работает в режиме двигателя, однако в ряде случаев возможен и генераторный режим. Механическая энергия получается при этом от приводимого механизма, например вследствие опускающегося груза или запасенной в движущихся частях кинетической энергии, и превращается в электрическую энергию, которая передается в общую сеть или нагревает резисторы. Электрическая машина, работающая в режиме генератора, оказывает на привод тормозящее действие.
Выбор электрических двигателей.
Общие принципы выбора электропривода.
При выборе двигателя
для производственного
1. Мощность двигателя
не должна быть слишком малой
во избежание чрезмерного
2. Вращающий момент двигателя, с одной стороны, должен быть достаточным как для пуска производственного механизма в ход, так и для преодоления толчков нагрузки при его работе; с другой стороны, если требуется плавный пуск механизма, пусковой момент двигателя не должен быть слишком большим.
3. Частота вращения двигателя должна быть такой, чтобы обеспечивалась проектная производительность производственного механизма, причем должна быть предусмотрена возможность регулирования частоты вращения, если это требуется по ходу технологического процесса.
4. Конструктивное исполнение двигателя должно допускать его удобное сочленение с производственным механизмом и защиту от воздействия окружающей среды.
Иногда необходимость выбора мощности двигателя возникает при замене установленного по проекту двигателя двигателем другой мощности в связи с обнаружившейся перегрузкой. Двигатель может оказаться перегруженным, например, вследствие повышения темпа работы или увеличения загрузки производственного механизма в результате совершенствования и автоматизации технологического процесса.
Таким образом, при правильном выборе двигателя будут обеспечены необходимая производительность исполнительного механизма, хорошие энергетические показатели электропривода и надежная работа. При выборе двигателя исходят из его нагрева при работе в требуемом режиме и кратковременной перегрузочной способности. Если номинальная мощность двигателя составляет Рн это значит, что при продолжительной (длительной) нагрузке, равной Рн, и температуре окружающей среды 40° С двигатель нагреется до своей предельной температуры, определяемой классом изоляции обмоток двигателя. Обычно это происходит спустя несколько часов после начала работы.
Номинальная мощность двигателя — величина не постоянная. Если двигатель работает с паузами, позволяющими ему охлаждаться, он может быть нагружен мощностью, превышающей мощность Рн продолжительного режима работы. Номинальная мощность двигателя зависит также от температуры окружающей среды и от условий охлаждения двигателя.
При установлении номинальной мощности двигателя заводы-изготовители исходят из температуры окружающей среды 40° С. Если она выше 40° С, нагрузку двигателя необходимо уменьшить, а если ниже 40° С — можно несколько повысить.
Во время установившегося режима работы двигатель развивает момент, уравновешивающий момент статического сопротивления Мс, обусловленный нагрузкой производственного механизма и трением в звеньях механизма. Кроме того, во время переходных процессов двигатель должен преодолевать динамический момент Мдин. Поэтому суммарный момент Мдв, развиваемый двигателем, выразится уравнением (1).
Однако непосредственным решением уравнения (1) нельзя выбрать двигатель, поскольку в это уравнение входит момент инерции электропривода, зависящий от параметров выбранного двигателя. Поэтому предварительно выбирают мощность двигателя на основании нагрузочной диаграммы производственного механизма без учета динамического момента.
Мощность двигателя выбирают по каталогу ориентировочно так, чтобы она была на 15—20% больше средней мощности, а затем строят нагрузочную диаграмму электропривода, т. е. зависимость от времени момента, развиваемого двигателем, с учетом динамического момента. Предварительно выбранный двигатель проверяют по нагреву, допустимым кратковременным перегрузкам и возможности пуска.
Режимы работ электроприводов и нагрузочные диаграммы.
При рассмотрении законов нагревания и охлаждения двигателей предполагалось, что нагрузка двигателя в течение продолжительного времени остается постоянной, а следовательно, остается неизменным и τуст. В действительности нагрузка двигателя в процессе его работы может изменяться. Кроме того, двигатель может эпизодически или периодически отключаться на некоторое время. ГОСТ 183—74 устанавливает восемь номинальных режимов работы двигателей в зависимости от характера и длительности его работы. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся режимы
Рис. 8. Упрощенные графики
работы электроприводов и
Продолжительным режимом (S1) работы двигателя считается такой режим, при котором период работы настолько велик, что температура двигателя при неизменной температуре окружающей среды достигает своего установившегося значения, определяемого нагрузкой (рис. 8, а). В продолжительном режиме работают приводные двигатели центробежных насосов и нагнетателей, буровых насосов, станков-качалок и пр. При продолжительном режиме работы нагрузка двигателя может быть либо неизменной, либо переменной. В последнем случае время работы двигателя на отдельных участках нагрузочной диаграммы должно быть значительно меньше постоянной времени нагревания двигателя.
Кратковременный режим (S2) характеризуется тем, что двигатель работает под нагрузкой ограниченное время tK, в течение которого его температура не успевает достигнуть установившегося значения. Затем двигатель отключают и он оста-навливается, причем за время отключения он успевает полностью охладиться (рис. 8, б). В таком режиме работают приводы превентеров и задвижек. Мощность, которую двигатель может развить в течение определенного времени, не нагреваясь выше допустимых пределов, называется номинальной кратковременной. На щитке двигателя, предназначенного для кратковременной работы, указывается номинальная мощность Рн (кВт) в течение времени tK (мин). Стандартное время рабочих периодов 10, 30, 60 и 90 мин.
При повторно-кратковременном режиме (S3) время работы двигателя под нагрузкой tр чередуется с паузами tп, когда двигатель отключается от сети (рис. 8, в). Общая продолжительность одного цикла работы двигателя (tр + tn) не должна превышать 10 мин. При этом режиме температура двигателя ни в одном из периодов не достигает установившегося значения, а во время пауз двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды, что приводит к постепенному повышению температуры до наступления баланса между количеством выделенного тепла и количеством тепла, отдаваемого в окружающую среду, когда наибольшие температуры нагрева в конце каждого рабочего периода перестают расти. При правильном выборе двигателя он может работать неограниченное число циклов, не нагреваясь до температуры выше допустимой. В таком режиме работают приводы буровых лебедок, строительных кранов и некоторых металлорежущих станков.
Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения, под которой понимается отношение времени рабочего периода к времени одного цикла:
tp
ПВ = 100%
tp + tп
Двигатели, предназначенные для работы в повторно-кратковременном режиме, изготовляются для ПВ, равном 15, 25, 40 и 60%- Если время цикла превышает 10 мин, режим работы двигателя обычно считается продолжительным.
Перемежающийся режим (S6) работы двигателя подобен повторно-кратковременному, однако во время пауз двигатель не отключается от сети, а продолжает вращаться вхолостую. В таком режиме работают синхронные двигатели привода буровых лебедок с электромагнитными муфтами.
Перемежающийся режим работы характеризуется относительной продолжительностью нагрузки (ПН), которую вычисляют так же, как и относительную продолжительность включения. Номинальные значения ПН составляют 15, 25, 40 и 60%. Время цикла 10 мин.
Выбор мощности электродвигателя при различных режимах работы.
Если двигатель должен работать в продолжительном режиме с неизменной или мало меняющейся нагрузкой, его выбирают по каталогу двигателей общепромышленных серий, предназначенных для продолжительного режима. Номинальная мощность двигателя должна быть равна или несколько больше мощности, требуемой для производственного механизма, которую можно определить по расчетным формулам или на основании опытных данных, полученных для аналогичных механизмов.
Если двигатель должен работать в продолжительном режиме с переменной нагрузкой (рис. 9), то за периоды больших нагрузок он будет нагреваться, а за периоды малых нагрузок — охлаждаться. Таким образом, при работе с переменной нагрузкой температура двигателя будет непрерывно изменяться. В этом случае двигатель можно выбрать по методу средних потерь. Этот метод основан на том предположении, что при равенстве номинальных ∆Рн и средних ∆Рср потерь, определенных по фактической нагрузочной диаграмме, температура двигателя будет равна допустимой, т. е.
∆Рн ∆Рср
τдоп = =
А А
При этом возможные кратковременные пики температуры, превышающие τдоп не изменяют существенно срока службы изоляции двигателя.
Рис. 9. График нагрузки производственного механизма
Двигатель предварительно выбирают в соответствии с рекомендациями и строят его фактическую нагрузочную диаграмму. Затем заменяют ее ступенчатым графиком, полагая на каждой ступени нагрузку двигателя неизменной. Тогда номинальные потери
1 – ήн
∆Рн= Рн
ήн
где Рн и ήн — номинальные мощность и КПД двигателя.
Когда выбирают двигатель с самовентиляцией, при уменьшении его частоты вращения ухудшается отдача тепла во внешнюю среду. Это учитывается соответствующими коэффициентами, которые ставятся перед периодами паузы, пуска и торможения в выражениях для определения эквивалентных величин. Во время паузы частота вращения двигателя равна нулю, и коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи, принимают приближенно равным 0,5. При пуске и торможении частота вращения двигателя изменяется. Соответственно коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи, чаще всего принимают равным 0,75.