Výběr motorů pro cyklické akční mechanismy

Elektrické servomotory s cyklickým působením pracují v periodickém režimu, jehož charakteristickým znakem je časté spouštění a zastavování motoru. Z průběhu teorie elektrického pohonu je známo, že ztráty energie při přechodových procesech přímo závisí na momentu setrvačnosti elektrického pohonu J∑, jehož hlavní část, pokud vyloučíme inerciální mechanismy, je moment setrvačnosti. motoru Jdv. V režimu cut-off je proto žádoucí použít motory, které mají při požadovaném výkonu a úhlové rychlosti možná nejmenší moment setrvačnosti Jdv.

Podle podmínek ohřevu je dovolené zatížení motoru v přerušovaném provozu vyšší než v trvalém provozu. Při zahájení se zvětšeným statický zátěžový motor musí také vyvinout zvýšený rozběhový moment převyšující statický o hodnotu požadovaného dynamického momentu. Proto přerušovaný provoz vyžaduje větší přetížitelnost motoru než dlouhodobý provoz.Požadavek na vysokou přetížitelnost je dán i nutností překonat krátkodobá mechanická přetížení vyplývající z oddělování břemen, výkopu zeminy apod.

Konečně, podmínky ohřevu a chlazení motorů v přerušovaném provozu se liší od podmínek v nepřetržitém provozu. Tento rozdíl je zvláště výrazný u motorů s vlastním větráním, protože množství chladicího vzduchu vstupujícího do motoru závisí na jeho otáčkách. Při přechodových stavech a pauzách dochází ke zhoršení odvodu tepla motoru, což má významný vliv na přípustné zatížení motoru.

Všechny tyto podmínky určují potřebu použití v elektrických pohonech s cyklickým mechanismem speciálních motorů, jejichž jmenovité zatížení je periodické, vyznačující se určitým jmenovitým pracovním cyklem

kde Tp a se — pracovní doba a doba pauzy.

V přerušovaném režimu, při provozu při jmenovité zátěži, teplota motoru kolísá kolem přípustné hodnoty, během provozu se zvyšuje a během pauzy klesá. Je zřejmé, že čím vyšší jsou teplotní odchylky od přípustné, tím delší je doba cyklu při dané PV Tq = Tp + se a tím menší je časová konstanta ohřevu motoru Tn.

Na hranici možné maximální teploty motoru omezte povolenou dobu cyklu. U motorů pro domácnost s přerušovaným provozem je povolená doba cyklu nastavena na 10 minut. Tyto motory jsou tedy navrženy pro pracovní cyklus, jehož graf pro standardní doby zatížení (pracovní cyklus = 15, 25, 40 a 60 a 100 %) je znázorněn na Obr. 1.Jak se pracovní cyklus zvyšuje, jmenovitý výkon motoru klesá.

Průmysl vyrábí řadu sérií motorů s přerušovaným zatížením:

— asynchronní jeřáby s rotorem nakrátko v řadě MTKF a s fázovým rotorem v řadě MTF;

— podobné hutní řady MTKN a MTN;

— DC řada D (ve verzi pro rypadla řady DE).

Stroje uvedené řady se vyznačují tvarem podlouhlého rotoru (kotvy), který zajišťuje snížení momentu setrvačnosti.Pro snížení ztrát uvolňovaných ve vinutí statoru při přechodových procesech jsou motory MTKF a MTKN řady mají zvýšený jmenovitý skluz sHOM = 7 ÷ 12 %. Přetížitelnost motorů jeřábové a metalurgické řady je 2,3 — 3 při pracovním cyklu = 40 %, což při pracovním cyklu = 100 % odpovídá λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.

PROTI jeřábové motory Střídavý režim se bere jako hlavní jmenovitý režim s pracovním cyklem = 40 % a u stejnosměrných motorů - krátkodobý režim s dobou trvání 60 minut (spolu s pracovním cyklem = 40 %). Jmenovité výkony motorů jeřábové a hutní řady při PVNOM = 40 % jsou v rozmezí: 1,4-22 kW u řady MTF a MTKF; 3-37 kW a 3-160 kW pro řadu MTKN a MTN; 2,4-106 kW pro řadu D. Dmychavé motory řady D jsou vyráběny pro jmenovitý výkon od 2,5 do 185 kW s pracovním cyklem = 100 %.

Motory s kotvou nakrátko mohou mít vícerychlostní konstrukci se dvěma nebo třemi samostatnými statorovými vinutími: řada MTKN s počtem pólů 6/12, 6/16 a 6/20 a jmenovitým výkonem od 2,2 do 22 kW při PVNOM = 40 % ; Řada MTKF s počtem pólů 4/12, 4/24 a 4/8/24 a jmenovitým výkonem od 4 do 45 kW při PVN0M = 25 %.Počítá se s výrobou nové řady asynchronních jeřábových a hutnických motorů 4MT ve výkonovém rozsahu 2,2 — 200 (220) kW s pracovním cyklem 40 %.

Použití dvoumotorového pohonu zdvojnásobuje rozsah použití uvedených typů elektrických strojů. Při velkých požadovaných výkonech se používají asynchronní motory řady A, AO, AK, DAF atd., stejně jako stejnosměrné motory stejné řady P ve specializovaných úpravách např. v provedení pro rypadla PE, MPE, pro výtahy MP L atd.

Výběr motorů pro jeřábové a hutnické řady se nejjednodušeji provádí v případech, kdy se jeho skutečný pracovní rozvrh shoduje s jedním z nominálních, znázorněných na obr. 1. Katalogy a referenční knihy uvádějí jmenovité hodnoty motoru při PV-15, 25, 40, 60 a 100 %. Když tedy měnič pracuje s konstantním statickým zatížením Pst při jmenovitém cyklu, není obtížné vybrat motor s nejbližším výkonem z katalogu z podmínky PNOM > Rst.

Reálné cykly jsou však obvykle složitější, zatížení motoru v různých částech cyklu se ukazuje být různé a doba sepnutí se liší od jmenovité. Za takových podmínek se výběr motoru provádí podle ekvivalentního plánu, v souladu s jedním z jmenovitých na obr. 1. Za tímto účelem se nejprve určí stálá ekvivalentní topná zátěž při platném PST, který se pak přepočítá na standardní dobu zapnutí PST0M. Přepočet lze provést pomocí poměrů:

Poměry jsou přibližné, protože neberou v úvahu dva důležité faktory, které se mění se změnou pracovního cyklu a výrazně ovlivňují zahřívání motoru.

Rýže. 1.Jmenovitý pracovní cyklus motoru pro přerušovaný provoz.

Prvním faktorem je množství tepla uvolněného v motoru v důsledku konstantních ztrát... Toto množství tepla se zvyšuje, když se PV zvyšuje, a snižuje se, když PV klesá. Podle toho, když jdete do velkého fotovoltaického zařízení, zvyšuje se vytápění a naopak.

Druhým faktorem jsou ventilační podmínky motorů. S vlastní ventilací jsou podmínky chlazení během pracovní doby několikrát lepší než během doby odpočinku. Proto se s nárůstem FV podmínky chlazení zlepšují, s poklesem se zhoršují.

Porovnáním vlivu těchto dvou faktorů můžeme usoudit, že je opačný a do jisté míry se vzájemně kompenzuje. Proto pro moderní řady dávají přibližné poměry celkem správný výsledek, pokud se použijí pouze pro přepočet na jmenovitý pracovní cyklus nejblíže vodní elektrárně.

Z teorie elektrického pohonu je známo, že metody průměrných ztrát a ekvivalentních hodnot používané při výběru motoru mají ověřovací charakter, protože vyžadují znalost řady parametrů předem zvoleného motoru. Při předběžném výběru, aby se předešlo více chybám, je nutné vzít v úvahu vlastnosti konkrétního mechanismu.

Pro obecné průmyslové mechanismy cyklického působení můžete specifikovat tři nejtypičtější případy předvolby motoru:

1. Pracovní cyklus mechanismu je nastaven a dynamické zatížení má zanedbatelný vliv na zahřívání motoru.

2. Cyklus mechanismu je nastaven a je známo, že dynamické zatížení významně ovlivňuje zahřívání motoru.

3. Cyklus mechanismu není určen úlohou.

První případ je nejtypičtější pro mechanismy s nízkou setrvačnou hmotností — jednorázové zvedací a tažné navijáky. Vliv dynamického zatížení na zahřívání motoru lze posoudit porovnáním doby rozběhu tp s dobou trvání ustáleného provozu.

Pokud tп << tyct, výběr motoru lze provést podle diagramu zatížení měniče. Podle tohoto diagramu zatížení je průměrný zatěžovací moment určen podle výše uvedených vzorců, je přepočítán na nejbližší jmenovitý pracovní cyklus a poté je určen požadovaný výkon motoru při dané provozní rychlosti ωρ:

V tomto případě se přibližný výpočet vlivu dynamického zatížení provede zavedením součinitele bezpečnosti kz = 1,1 ÷ 1,5 do vzorce. S rostoucím poměrem tp / tyct by se měl bezpečnostní faktor přibližně zvyšovat, za předpokladu, že při tp / tyct0,2 — 0,3 je to více.

Předem zvolený motor musí být zkontrolován na zahřívání jednou z metod podle teorie elektrického pohonu a také přetížitelnost ze stavu:

kde Mdop je přípustný krátkodobý moment přetížení.

U stejnosměrných motorů je točivý moment omezen podmínkami komutace proudu na kolektoru:

kde λ je přetížitelnost motoru podle katalogových údajů.

U asynchronních motorů je při stanovení Mdop nutné počítat s možností snížení síťového napětí o 10 %. Protože kritický moment Mcr je úměrný druhé mocnině napětí

Kromě toho by měly být indukční motory s kotvou nakrátko zkontrolovány stejným způsobem pomocí rozběhového momentu.

Druhý případ je charakteristický pro mechanismy s velkými setrvačnými hmotami - těžké a vysokorychlostní mechanismy pohybu a rotace, ale lze jej realizovat i v jiných případech s vysokou startovací frekvencí.

Zde lze vliv dynamického zatížení vyhodnotit porovnáním přechodného času a ustáleného provozu. Pokud jsou souměřitelná nebo tp> takt, nelze dynamické zatížení zanedbat ani při předvolbě motoru.

V tomto případě je nutné pro předběžný výběr sestrojit přibližný diagram zatížení motoru s nastavením, analogicky s aktuálním nastavením, jeho momentu setrvačnosti. Pokud Jdw << Jm, nemůže mít chyba v hodnotě Jdw podstatný vliv na správnost výběru a navíc následný ověřovací výpočet dává v každém případě potřebná objasnění.

Konečně třetí případ je charakteristický pro mechanismy univerzálního účelu, pro které je obtížné sestavit konkrétní pracovní cyklus. Příkladem toho jsou mechanismy běžného mostového jeřábu s nízkou nosností, které lze použít v různých výrobních oblastech.

Základem pro výběr motoru v takových případech může být usazovací cyklus, kdy na prvním pracovním úseku tp1 pracuje motor s maximálním zatížením MCT1, a na druhém tp2 s minimálním zatížením MCT2 Pokud je známo, že vliv dynamických zatížení na zahřívání motoru tohoto mechanismu je malé, je možné určit efektivní (ekvivalentní při zahřívání) moment zatížení za předpokladu tp1 = tp2

Potřebný výkon motoru při daných provozních otáčkách je určen poměrem

Výběr motoru podle katalogu se provádí podmínkou Ptr < Pnom při vypočtené době zařazení PVnom nastavené pro mechanismus.

Pro jeřábové mechanismy pravidla stanoví následující provozní režimy, určené souhrnem jejich provozních podmínek:

• světlo — L (PVNOM == 15 ÷ 25 %, počet startů za hodinu h <60 1 / h),

• střední — C (PVNOM = 25 — 40 %, h <120 1 / h),

• těžký — T (PVNOM = 40 %, h < 240 1 / h)

• velmi těžké — HT (DFR = 60 %, h < 600 1 / h).

• zvláště těžký — OT (pracovní cyklus = 100 %, h> 600 1 / h).

Dostupnost těchto údajů na základě statistických materiálů umožňuje v případě potřeby upřesnit podmíněný cyklus mechanismu, přijatý výše jako vypočítaný. Ve skutečnosti je pracovní doba pevná

což umožňuje předvolbu motoru stejným způsobem jako v prvních dvou výše diskutovaných případech. To je zvláště důležité, když lze předpokládat, že vliv dynamického zatížení na zahřívání motoru je významný.