Selectarea motoarelor pentru mecanisme de acțiune ciclică
Actuatoarele electrice cu acțiune ciclică funcționează într-un mod periodic, a cărui caracteristică este pornirea și oprirea frecventă a motorului. Din cursul teoriei antrenării electrice se știe că pierderile de energie în procesele tranzitorii depind direct de momentul de inerție al acționării electrice J∑, a cărui parte principală, dacă excludem mecanismele inerțiale, este momentul de inerție. a motorului Jdv. Prin urmare, în modul de întrerupere este de dorit să se utilizeze motoare care, la puterea și viteza unghiulară necesare, au, eventual, cel mai mic moment de inerție Jdv.
În funcție de condițiile de încălzire, sarcina admisă a motorului în funcționare intermitentă este mai mare decât în funcționare continuă. Când începe cu mărită motor cu sarcină statică trebuie să dezvolte și un cuplu de pornire crescut care depășește staticul cu valoarea cuplului dinamic necesar. Prin urmare, funcționarea intermitentă necesită o capacitate mai mare de suprasarcină a motorului decât funcționarea pe termen lung.Cerința unei capacități mari de suprasarcină este determinată și de necesitatea depășirii supraîncărcărilor mecanice de scurtă durată rezultate din separarea sarcinilor, excavarea solului etc.
În sfârșit, condițiile de încălzire și răcire ale motoarelor în funcționare intermitentă diferă de cele în funcționare continuă. Această diferență este deosebit de pronunțată la motoarele autoventilate, deoarece cantitatea de aer de răcire care intră în motor depinde de viteza acestuia. În timpul tranzitorilor și pauzelor, disiparea căldurii motorului este afectată, ceea ce are un impact semnificativ asupra sarcinii admisibile a motorului.
Toate aceste condiții determină necesitatea utilizării în acționările electrice cu mecanisme de acțiune ciclică a motoarelor speciale a căror sarcină nominală este periodică, caracterizate printr-un anumit ciclu de lucru nominal
unde Tp și se — timpul de lucru și, respectiv, timpul de pauză.
În modul intermitent, când funcționează la sarcină nominală, temperatura motorului fluctuează în jurul valorii permise, crescând în timpul funcționării și scăzând în timpul pauzei. Este evident că cu cât sunt mai mari abaterile de temperatură de la admisibilă, cu atât timpul ciclului este mai lung la un anumit PV Tq = Tp + se și cu atât constanta de timp a încălzirii motorului Tn este mai mică.
Până la limita posibilă a temperaturii maxime a motorului, limitați timpul de ciclu permis. Pentru motoarele de uz casnic cu funcționare intermitentă, timpul de ciclu admisibil este setat egal cu 10 minute. Astfel, aceste motoare sunt proiectate pentru un ciclu de funcționare al cărui grafic pentru timpii de funcționare standard (ciclu de funcționare = 15, 25, 40 și 60 și 100%) este prezentat în Fig. 1.Pe măsură ce ciclul de lucru crește, puterea nominală a motorului scade.
Industria produce o serie de motoare cu sarcină intermitentă:
— macarale asincrone cu rotor veveriță din seria MTKF și cu rotor de fază în seria MTF;
— serii metalurgice similare MTKN și MTN;
— DC seria D (în versiunea pentru excavatoarele din seria DE).
Mașinile din seria specificată se caracterizează prin forma unui rotor alungit (armatură), care asigură o reducere a momentului de inerție.Pentru a reduce pierderile eliberate în înfășurarea statorului în timpul proceselor tranzitorii, motoarele MTKF și MTKN seriile au o alunecare nominală crescută sHOM = 7 ÷ 12%. Capacitatea de suprasarcină a motoarelor din seria macaralei și metalurgice este de 2,3 — 3 la ciclu de lucru = 40%, care la ciclu de lucru = 100% corespunde cu λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.
V motoare macarale Modul AC este luat ca mod nominal principal cu ciclu de lucru = 40%, iar în motoarele de curent continuu - modul de scurtă durată cu o durată de 60 de minute (împreună cu ciclul de lucru = 40%). Puterile nominale ale motoarelor din seria macaralei si metalurgice la PVNOM = 40% sunt in intervalul: 1,4-22 kW pentru seriile MTF si MTKF; 3-37 kW și 3-160 kW pentru seriile MTKN și respectiv MTN; 2,4-106 kW pentru seria D. Motoarele suflate din seria D sunt realizate pentru puterea nominală de la 2,5 la 185 kW cu ciclu de lucru = 100%.
Motoarele cu cușcă veveriță pot avea un design cu mai multe viteze cu două sau trei înfășurări statorice separate: seria MTKN cu numărul de poli 6/12, 6/16 și 6/20 și puterea nominală de la 2,2 la 22 kW la PVNOM = 40% ; Seria MTKF cu număr de poli 4/12, 4/24 și 4/8/24 și puterea nominală de la 4 la 45 kW la PVN0M = 25%.Este planificată producerea unei noi serii 4MT de macarale asincrone și motoare metalurgice în domeniul de putere 2,2 — 200 (220) kW cu un ciclu de lucru de 40%.
Utilizarea acționării cu două motoare dublează domeniul de aplicare a tipurilor de mașini electrice enumerate. Cu puteri mari necesare, se folosesc motoare asincrone din seria A, AO, AK, DAF etc., precum și motoare cu curent continuu din aceeași serie P în modificări specializate, de exemplu, în versiunea pentru excavatoare PE, MPE, pentru Lifturi MP L etc.
Selectarea motoarelor pentru macara și seria metalurgică se realizează cel mai simplu în cazurile în care programul său real de lucru coincide cu unul dintre cele nominale prezentate în fig. 1. Cataloagele și cărțile de referință listează valorile nominale ale motoarelor la PV-15, 25, 40, 60 și 100%. Prin urmare, atunci când unitatea funcționează cu o sarcină statică constantă Pst la ciclul nominal, nu este dificil să selectați un motor cu cea mai apropiată putere din catalog din condiția PNOM > Rst.
Cu toate acestea, ciclurile reale sunt de obicei mai complexe, sarcina motorului în diferite părți ale ciclului se dovedește a fi diferită, iar timpul de comutare diferă de cel nominal. În astfel de condiții, selecția motorului se realizează după un program echivalent, aliniat cu unul dintre cele nominale din fig. 1. În acest scop, sarcina de încălzire echivalentă permanentă este mai întâi determinată la un PST valid, care este apoi recalculat la durata standard de pornire a PST0M. Recalcularea se poate face folosind rapoartele:
Rapoartele sunt aproximative deoarece nu iau în considerare doi factori importanți care se modifică odată cu modificarea ciclului de funcționare și afectează semnificativ încălzirea motorului.
Orez. 1.Ciclul de funcționare nominal al motorului pentru funcționare intermitentă.
Primul factor este cantitatea de căldură eliberată în motor din cauza pierderilor constante... Această cantitate de căldură crește pe măsură ce PV crește și scade pe măsură ce PV scade. În consecință, atunci când mergi la un dispozitiv fotovoltaic mare, încălzirea crește și invers.
Al doilea factor sunt condițiile de ventilație ale motoarelor. Cu autoventilația, condițiile de răcire în perioadele de lucru sunt de câteva ori mai bune decât în perioadele de odihnă. Prin urmare, odată cu creșterea PV, condițiile de răcire se îmbunătățesc, cu o scădere se deteriorează.
Comparând influența acestor doi factori, putem concluziona că este opusă și într-o oarecare măsură compensată reciproc. Prin urmare, pentru seriile moderne, rapoartele aproximative dau un rezultat destul de corect dacă sunt folosite doar pentru recalcularea la ciclul de lucru nominal cel mai apropiat de centrala hidroelectrică.
Din teoria propulsiei electrice se știe că metodele pierderilor medii și a valorilor echivalente utilizate în selectarea unui motor sunt de natură de verificare, deoarece necesită cunoașterea unui număr de parametri ai unui motor selectat anterior. Atunci când se face o selecție preliminară, pentru a evita erorile multiple, este necesar să se țină cont de caracteristicile unui anumit mecanism.
Pentru mecanismele industriale generale de acțiune ciclică, puteți specifica cele trei cazuri cele mai tipice de preselectare a motorului:
1. Ciclul de funcționare al mecanismului este setat, iar sarcinile dinamice au un efect neglijabil asupra încălzirii motorului.
2. Ciclul mecanismului este setat și se știe că sarcinile dinamice afectează semnificativ încălzirea motorului.
3. Ciclul mecanismului nu este determinat de sarcină.
Primul caz este cel mai tipic pentru mecanismele cu mase inerțiale reduse - trolii de ridicare și tracțiune de unică folosință. Efectul sarcinilor dinamice asupra încălzirii motorului poate fi evaluat comparând durata de pornire tp cu durata de funcționare în regim de echilibru.
Dacă tp << tyct, selectarea motorului poate fi făcută conform diagramei de sarcină a variatorului. Conform acestei diagrame de sarcină, cuplul mediu de sarcină este determinat de formulele date mai devreme, este recalculat la cel mai apropiat ciclu de lucru nominal și apoi puterea necesară a motorului este determinată la o turație de funcționare dată ωρ:
În acest caz, se realizează o evaluare aproximativă a influenței sarcinilor dinamice prin introducerea unui factor de siguranță kz = 1,1 ÷ 1,5 în formulă. Pe măsură ce raportul tp / tyct crește, factorul de siguranță ar trebui să crească aproximativ, presupunând că la tp / tyct0,2 — 0,3 este mai mare.
Motorul preselectat trebuie verificat pentru încălzire printr-una dintre metodele conform teoriei acționării electrice, precum și capacitatea de suprasarcină din condiția:
unde Mdop este momentul admisibil de suprasarcină pe termen scurt.
Pentru motoarele de curent continuu, cuplul este limitat de condițiile de comutație curente pe colector:
unde λ este capacitatea de suprasarcină a motorului conform datelor din catalog.
Pentru motoarele asincrone, la determinarea Mdop, este necesar să se țină cont de posibilitatea reducerii tensiunii de rețea cu 10%. Deoarece momentul critic Mcr este proporțional cu pătratul tensiunii, atunci
În plus, motoarele cu inducție în cușcă veveriță ar trebui verificate în același mod prin cuplul de pornire.
Al doilea caz este caracteristic mecanismelor cu mase inerțiale mari - mecanisme grele și de mare viteză de mișcare și rotație, dar poate fi realizat și în alte cazuri cu o frecvență mare de pornire.
Aici, influența sarcinilor dinamice poate fi evaluată prin compararea timpului tranzitoriu și a funcționării în regim de echilibru. Dacă sunt comensurabile sau tp> tact, sarcinile dinamice nu pot fi neglijate nici măcar atunci când motorul este preselectat.
În acest caz, este necesar să se construiască pentru selecția preliminară o diagramă de sarcină aproximativă a motorului, având setat, prin analogie cu setările curente, momentul de inerție al acestuia. Dacă Jdw << Jm, o eroare în valoarea lui Jdw nu poate avea un efect semnificativ asupra corectitudinii selecției și, în plus, calculul de verificare ulterioară oferă clarificările necesare în fiecare caz.
În cele din urmă, al treilea caz este caracteristic mecanismelor cu scop universal, pentru care este dificil să se construiască un ciclu de lucru specific. Un exemplu în acest sens sunt mecanismele unei macarale rulante normale cu o capacitate de încărcare redusă, care pot fi utilizate în diferite zone de producție.
Baza pentru alegerea unui motor în astfel de cazuri poate fi un ciclu de decantare, unde pe prima secțiune de lucru tp1 motorul funcționează cu sarcina maximă MCT1, iar pe a doua tp2 cu sarcină minimă MCT2.Dacă se știe că influența sarcinilor dinamice la încălzirea motorului acestui mecanism este mică, este posibil să se determine momentul de sarcină rms (echivalent la încălzire), presupunând tp1 = tp2
Puterea necesară a motorului la o turație de funcționare dată este determinată de raport
Selectarea motorului conform catalogului se face prin condiția Ptr < Pnom la durata calculată de includere a PVnom setată pentru mecanism.
Pentru mecanismele macaralei, regulile stabilesc următoarele moduri de funcționare, determinate de totalitatea condițiilor de funcționare ale acestora:
- lumină — L (PVNOM == 15 ÷ 25%, numărul de porniri pe oră h <60 1 / h),
- mediu — C (PVNOM = 25 — 40%, h <120 1 / h),
- grea — T (PVNOM = 40%, h < 240 1 / h)
- foarte greu — HT (DFR = 60%, h < 600 1 / h).
- deosebit de grele — OT (ciclu de lucru = 100%, h> 600 1 / h).
Disponibilitatea acestor date, bazate pe materiale statistice, permite, dacă este necesar, să se precizeze ciclul condiționat al mecanismului, acceptat mai sus ca calculat. De fapt, timpul de lucru este fix
ceea ce permite preselectarea motorului în aceleaşi moduri ca în primele două cazuri discutate mai sus. Acest lucru este deosebit de important atunci când se poate presupune că efectul sarcinilor dinamice asupra încălzirii motorului este semnificativ.