Продолжительный (длительный) режим

Металлургическая машина (механизм) работает в длительном (продолжительном) режиме с нагрузочной диаграммой близкой к одному из номинальных режимов электродвигателя S1, S3, S4, S6, S7, S8, если выполняется одно из следующих условий:

1 – длительность действия нагрузки (постоянной или переменной) превышает , где - постоянная времени нагрева электродвигателя.

,

где - теплоемкость электродвигателя – количество теплоты, необходимое для повышения температуры электродвигателя на 1°С, Дж/°С × с;

- теплоотдача – количество теплоты, передаваемое охлаждающей среде за 1 секунду при превышении температуры на 1°С, Дж/°С × с. Для электродвигателей мощностью до 10 квт , для мощных – несколько часов.

2 – продолжительность цикла при циклическом варианте нагрузок больше 10 минут, т.е. , но меньше ;

3 – продолжительность цикла при циклическом варианте нагрузок меньше 10 минут, т.е. , но при этом продолжительность включения больше 70-80%, т.е.

Для машин (механизмов) с длительным режимом работы целесообразно выбирать электродвигатели, для которых номинальным по каталогу является режим S1.

Выбор электродвигателя для машины (механизма), работающей в длительном режиме, при выполнении условия 1 производится по следующей методике: выполняются пункты 1-5 подраздела 3.3.1. Затем из нагрузочной диаграммы определяется максимальная статическая нагрузка . Электродвигатель выбирается из условия

(3.19)

где - номинальный момент и мощность, развиваемые электродвигателем при номинальном режиме S1 по каталогу.

Выполнив расчеты по пунктам 8-12, выбранный электродвигатель проверяют по условиям пуска

(3.20)

где - начальный пусковой момент выбранного электродвигателя по каталогу;

- кратность пускового момента выбранного электродвигателя по каталогу;

- суммарный (статический и динамический) момент для разгона машины (механизма) в период пуска из уточненной нагрузочной диаграммы, включая разгон после аварийной остановки.

Необходимо помнить, что начальный пусковой момент – это вращающий момент электродвигателя, развиваемый им при неподвижном роторе (якоре), установившемся токе, номинальном подведенном напряжении, номинальной частоте и соединении обмоток, соответствующим номинальным условиям работы электродвигателя.

Затем, в случае необходимости, выполняют пункт 19 подраздела 3.3.1.

Выбор электродвигателя для длительного режима при выполнении условий 2,3 производится в следующей последовательности: выполняются пункты 1-5 подраздела 3.3.1. Предварительно рассчитывается, эквивалентная мощность:

, Вт (кВт);	(3.21)

где - статический момент при выполнении i-ой операции цикла, Н × м (кН × м);

- статическая сила при выполнении -той операции, Н;

- линейная скорость звена (детали), к которому приложена статическая сила, м/с;

- угловая скорость звена, к которому приложен статический момент , рад/с;

- статическая мощность при выполнении i-ой операции, Вт (кВт);

- предварительное значение кпд машины (механизма) с соответствующим приводом;

- продолжительность цикла и i-ой операции из предварительной нагрузочной диаграммы пункта 4 подраздела 3.3.1, с.

По найденному значению предварительно выбирается электродвигатель, для которого по каталогу номинальным является режим S1, соблюдая условие:

(3.22)

После выбора электродвигателя по каталогу выполняются расчеты по пунктам 8-13.

Если уточненная нагрузочная диаграмма не содержит периодов разгона, электрического торможения или продолжительность этих периодов значительно меньше периодов установившегося движения, выбранный электродвигатель проверяется по условиям пуска (3.20) и по перегрузочной способности:

(3.23)

где - кратность максимального момента выбранного электродвигателя по каталогу;

- максимальный вращающий момент выбранного электродвигателя по каталогу.

Максимальный вращающий момент – это наибольший вращающий момент электродвигателя, развиваемый им при вращающемся роторе (якоря)в установившемся режиме при номинальных напряжении и частоте, при соединении обмоток, соответствующем номинальным условиям работы и при номинальном токе возбуждения, Н × м (кН×м).

- максимальный статический момент из уточненной нагрузочной диаграммы, Н∙м (кН∙м).

Если уточненная нагрузочная диаграмма содержит периоды разгона, электрического торможения, продолжительность которых соизмерима с продолжительностью установившегося движения, рассчитывают уточненное, приведенное к валу электродвигателя, значение эквивалентного момента силы тока с учетом заметного ухудшения теплоотдачи (охлаждения) электродвигателя, обусловленного снижением его скорости в переходные процессы и остановки в период пауз:

	(3.24),

где - приведенный к валу электродвигателя вращающий момент при выполнении i-ого периода уточненной нагрузочной диаграммы, Н×м(кН×м);

- продолжительность i-ого периода уточненной нагрузочной диаграммы, с;

- продолжительность i-го периода установившегося движения () уточненной нагрузочной диаграммы, с;

- продолжительность i-ого периода разгона () уточненной нагрузочной диаграммы, с;

- продолжительность i-ого периода электрического торможения () уточненной нагрузочной диаграммы, с;

- продолжительность i-ой паузы () уточненной нагрузочной диаграммы, с;

- коэффициент ухудшения охлаждения электродвигателя в периоды разгона (пуска), электрического торможения;

- коэффициент ухудшения охлаждения электродвигателя во время его остановки (паузы).

Для самовентилируемых электродвигателей

.

Для электродвигателей с принудительным охлаждением (с независимой вентиляцией):

.

- номинальная угловая скорость предварительно выбранного электродвигателя по каталогу, рад/с.

По найденному уточненному значению выбирается электродвигатель на основанием зависимости (3.22).

После этого выполняются пункты 16-19 подраздела 3.3.1, используя зависимости (3.20, 3.23).

Для металлургических машин, кроме рассмотренных разновидностей длительного режима, возможна работа в режиме с нагрузочной диаграммой близкой к номинальному режиму S6, но со значительным, иногда в десятки раз, превышением рабочей нагрузки над нагрузкой холостого хода. Длительность действия таких нагрузок обычно £ 5с, рис. 3.3. В этом случае момент, развиваемый электродвигателем, должен повторять график нагрузки и его мощность должна быть выбрана из условия обеспечения . Это приведет к недоиспользованию его по нагреву, а в периоды холостого хода и по мощности. Работа электродвигателя будет сопровождаться колебаниями скорости, резкими толчками момента и силы тока.

Для устранения нежелательных для электродвигателя и электрической сети толчков тока, снижения его установочной мощности в приводе устанавливается маховик, обеспечивающий уменьшение колебаний нагрузки и скорости и относительно равномерное нагружение самого электродвигателя на всех периодах работы.

Являясь аккумулятором кинетической энергии, маховик отдает часть ее на совершение работы рабочей нагрузки вследствие снижения скорости, тем самым, разгружая на этой стадии электродвигатель.

В период холостого хода электродвигатель наоборот подвергается дополнительной нагрузке для восстановления исходного уровня кинетической энергии маховика, разгоняя его до номинальной скорости, рис. 3.3. В результате существенно снижаются толчки тока, уменьшаются колебания скорости, электродвигатель рационально используется по нагреву, а его установочная мощность уменьшается в 2 и более (до 15) раз. Выбор системы электродвигатель-маховик может дать множество решений, но оптимальным будет вариант, когда за время холостого хода скорость и момент электродвигателя достигают значений скорости и момента холостого хода начала предыдущего пикового нагружения.

Последовательность расчета маховичного привода следующая: выполняются пункты 1-5 подраздела 3.3.1, в пункте 6 рассчитывается эквивалентный момент (мощность) по зависимости 3.21. По рассчитанным значениям предварительно выбирается асинхронный электродвигатель с повышенным скольжением.

Выполнив пункт 8 подраздела 3.3.1 и, приведя нагрузки предварительной нагрузочной диаграммы к валу электродвигателя, рассчитываем требуемый момент инерции машины (механизма) с маховичным приводом:

, кг×м^2,

(3.25)

где - номинальный момент предварительно выбранного электродвигателя, Н×м;

- синхронная угловая скорость выбранного электродвигателя, рад/с;

- номинальное скольжение выбранного электродвигателя;

- кратность максимального момента выбранного электродвигателя;

- продолжительность пиковой нагрузки из нагрузочной диаграммы, c;

- приведенный к валу электродвигателя максимальный статический момент нагрузочной диаграммы, H×м

- приведенный к валу электродвигателя момент холостого хода нагрузочной диаграммы, Н×м.

а - диаграмма статического момента машины (механизма);

б - диаграмма момента, развиваемого электродвигателем привода с маховиком;

в - угловая скорость вала электродвигателя привода с маховиком.

Рисунок 3.3 – Диаграмма статического момента машины, момента, угловой скорости электродвигателя

Рассчитав приведенный к валу электродвигателя момент инерции узлов и деталей машины (механизма), находят требуемый момент инерции маховика:

, кг×м^2

(3.26)

где - момент инерции предварительно выбранного электродвигателя, кг×м²;

- приведенный к валу электродвигателя суммарный момент инерции узлов и деталей машины (механизма), кг×м².

По найденному значению конструируется маховик[5] и находится уточненное значение его момента инерции.

На следующем этапе рассчитывается электромеханическая постоянная времени электропривода мотор-маховик:

(3.27)

и строится уточненная нагрузочная диаграмма электродвигателя.

Нагрузку на электродвигатель находят по уравнениям:

в период холостого хода, :

(3.28)

в период пикового приложения нагрузки, :

(3.29),

где - текущее значение времени, с;

- продолжительность холостого хода, с;

- момент, развиваемый электродвигателем в начале холостого хода или в конце пиковой нагрузки, Н×м;

- момент, развиваемый электродвигателем в начале периода приложения пиковой нагрузки или в конце холостого хода, Н×м.

Значения моментов , находятся из решения системы уравнений:

	(3.30)
	(3.31)
	(3.32)

По результатам расчета по уравнениям (3.28-3.29) строится уточненная нагрузочная диаграмма электродвигателя, рис. 3.3 б.

Используя эту диаграмму, рассчитывается эквивалентный момент электродвигателя:

, Н×м

(3.33)

По найденному значению рассчитывается (3.24) и окончательно выбирается электродвигатель из условия (3.22).

Если вновь выбранный электродвигатель отличается от выбранного предварительно, следует выполнить корректировку результатов расчета по зависимостям (3.25-3.33).

Следует иметь в виду, что момент инерции устанавливаемого в привод маховика можно уменьшить увеличением номинального скольжения электродвигателя специальными регуляторами скольжения: при прохождении участков с резким возрастанием нагрузки в роторную цепь электродвигателя вводится дополнительное сопротивление (резистор) - скольжение увеличивается; на участке холостого хода резистор выводится и электродвигатель работает с номинальным скольжением.

Дата добавления: 2015-07-16