Електроприводом (electric drive) називається електромеханічна система, яка складається із електродвигуна або декількох електродвигунів, передаточного механізму і всієї апаратури для керування електродвигуном. При вивченні даної теми необхідно ознайомитися з методами вибору типу і потужності електродвигунів для привода різних механізмів. Необхідно мати чітке уявлення про режими роботи і про вплив режиму роботи на нагрівання електродвигуна, а відповідно і на максимальну потужність.

 Вибір двигуна за потужністю для тривалого режиму роботи

Тривалий режим роботи (long term mode of operation) – режим, при якому електропривод працює без зупинки, а двигун нагрівається до усталеної температури [11]. Навантаження при цьому може бути постійним (рис. 2.1, а) або таким, що мало змінюється, а також змінним (рис. 2.2, б).

р21

Рисунок 2.1 – Навантажувальні діаграми електропривода при постійному (а) і змінному (б) тривалому навантаженні

Тривалий режим роботи (S1) характерний для більшості електроприводів. Для такого режиму роботи номінальною потужністю двигуна є корисна потужність, яку двигун може розвивати на валу при тривалому режимі роботи і номінальних умовах не перегріваючись вище допустимої температури.

Для електроприводів з постійним або з навантаженням, що мала змінюється, потужність двигуна знаходиться за відомими формулами для визначення потужності робочої машини з врахуванням ККД передачі.

При змінному тривалому навантаженні використовуються методи:

  • середніх втрат;
  • еквівалентних величин (струму, моменту, потужності).

Метод середніх втрат

За навантажувальною діаграмою електропривода Р = f(t) (рис. 2.1, б) наближено потужність двигуна приймають рівною середній потужності навантаження, помноженій на коефіцієнт запасу 1,1÷1,3.

Після вибору двигуна (з врахуванням частоти обертання) визначаються втрати

21

на ділянках діаграми і будується залежність ΔР = f(t). Тоді середні втрати за цикл (рис. 2.1, б)

22

Отримані втрати порівнюють з номінальними ΔРном попередньо вибраного двигуна. Якщо ΔРср ≤ ΔРном і двигун підходить за пусковим моментом і допустимим перевантаженням, то він вибраний вірно. Якщо умова не виконується, то за каталогом вибирається двигун більшої потужності і розрахунок повторюється.

Метод еквівалентних величин

Якщо навантажувальна діаграма двигуна задана у вигляді зміни струму в функції часу, то двигун вибирається за його еквівалентним значенням:

23

Якщо навантажувальна діаграма задана залежностями M = f(t) або Р = f(t), то використовуються методи еквівалентного моменту або потужності:

24 25

Вибраний двигун задовольняє умовам нагріву, якщо виконуються умови:

26

Вибір електродвигуна за потужністю для короткочасного режиму роботи

При короткочасному режимі (S2) (short term mode operation) двигун електропривода вмикається епізодично на короткий час роботи, за час якої не встигає нагрітися до усталеної роботи, а протягом наступного тривалого проміжку часу перебуванні в стані очікування охолоджується до температури навколишнього середовища (рис. 2.2).

Номінальною потужністю електродвигуна при короткочасному режимі є найбільша потужність, з якою він може працювати обмежений час, не перегріваючись вище допустимої температури.

Одним з основних параметрів таких електродвигунів є відносна тривалість включення (ТВ) (duration of switching on), що вимірюється в відсотках, –

27

де tp – час роботи двигуна під навантаженням;

tц – час циклу, що рівний сумарному часу роботи і паузи двигуна.

р22

Рисунок 2.2 – Навантажувальна діаграма електропривода при короткочасному режимі роботи

Для короткочасного режиму номінальними ТВ є 10, 30, 60 і 90 хв. роботи.

Вибір двигуна за тепловим нагрівом при короткочасному навантаженні Р зводиться до вибору двигуна за каталогом з врахуванням тривалості роботи і частоти обертання на основі умови Рном ≥ Ре. Якщо на протязі робочого періоду навантаження змінюється, то попередньо визначається за формулою (2.5) еквівалентна потужність. Вибраний двигун повинен бути перевіреним на умови пуску та перевантаження.

Вибір електродвигуна за потужністю для повторно-короткочасного режиму роботи

В повторно-короткочасному режимі (repeating-short term process) роботи (S3) робочі періоди електропривода періодично чергуються із зупинками, але тривалість циклу не повинна перевищувати 10 хв. Якщо час циклу більший 10 хв., то електродвигун необхідно вибирати так само, як і для тривалого режиму роботи.

Прикладом навантажувальної діаграми такого режиму роботи електродвигуна може бути діаграма, подана на рис. 2.3.

р23

За час одного періоду роботи електродвигун не нагрівається до встановленого значення, а за час однієї паузи не встигає остигнути до температури, що рівна температурі навколишнього середовища.

Для двигунів, що призначені для повторно-короткочасного режиму роботи, в каталогах дається декілька значень ТВ: 15%, 25%, 40%, 60% і 100% та відповідні цим ТВ номінальні значення потужності електродвигуна. При роботі електродвигуна при даній ТВном і відповідному йому значенні номінальної потужності забезпечується повне використання електродвигуна за нагрівом. ТВ, що дорівнює 100%, відповідає роботі електродвигуна в тривалому режимі роботи.

Номінальною потужністю електродвигуна для повторно-короткочасного режиму роботи є найбільша потужність, при якій двигун ефективно може працювати за номінальних умов тривалий час, не перегріваючись вище допустимої температури.

Вибір потужності електродвигуна при повторному-короткочасному режимі роботи в дійсності з заданим графіком навантаження може бути зроблений за методами еквівалентного струму, еквівалентного моменту чи еквівалентної потужності. При розрахунку за цими формулами час паузи не враховують, тому що вона вже врахована тривалістю включення. При цьому, якщо фактична відносна тривалість включення ТВ виявляється рівною чи близькою до одного з ряду номінальних значень ТВном, то вибір потужності електродвигуна за еквівалентним значенням струму, моменту або потужності не складає труднощів.

Для вибраного електродвигуна повинні виконуватися умови (2.6). При цьому ТВ = ТВном.

В багатьох практичних випадках фактична тривалість включення ТВ відрізняється від номінальної ТВном. В цих випадках вибір електродвигуна дещо ускладнюється, так як при ТВном > ТВ, то при номінальній тривалості включення, що більша фактичного її значення, вибраного за еквівалентним значенням струму, потужності або моменту електродвигун виявиться не повністю використаним за нагрівом, а при ТВном < ТВ вибраний таким чином двигун буде перенавантаженим.

Якщо фактична тривалість включення ТВ відрізняється від номінальної ТВном, то фактичний еквівалентний струм Ie, еквівалентний момент Me чи еквівалентна потужність Pe з достатньою для практики точністю можуть бути перераховані на ближню (більшу чи меншу) номінальну тривалість включення ТВном відповідно до формул:

23 25

де Іe′ , Ре′ , Ме′ – відповідно еквівалентні значення струму, потужності і моменту, перераховані на ближче значення ТВном, що пропонується каталогом.

Далі за еквівалентним значенням струму, потужності чи моменту методом, викладеним вище, визначають потрібну потужність електродвигуна.

При ТВ > 60% часто вибирається двигун, призначений для тривалого режиму роботи, а при ТВ < 10% – двигун, призначений для короткочасного режиму роботи.