Selectie van motoren voor cyclische actiemechanismen

Elektrische actuatoren met cyclische actie werken in een periodieke modus, een kenmerkend kenmerk hiervan is het veelvuldig starten en stoppen van de motor. Uit de loop van de theorie van elektrische aandrijving is bekend dat de energieverliezen in voorbijgaande processen direct afhangen van het traagheidsmoment van de elektrische aandrijving J∑, waarvan het grootste deel, als we traagheidsmechanismen uitsluiten, het traagheidsmoment is van de motor Jdv. Daarom is het in de uitschakelmodus wenselijk om motoren te gebruiken die bij het vereiste vermogen en hoeksnelheid mogelijk het kleinste traagheidsmoment Jdv hebben.

Afhankelijk van de verwarmingsomstandigheden is de toegestane belasting van de motor bij intermitterend bedrijf hoger dan bij continu bedrijf. Als je begint met vergroot statische belastingsmotor moet ook een verhoogd startkoppel ontwikkelen dat de statische overschrijdt met de waarde van het vereiste dynamische koppel. Daarom vereist intermitterend gebruik een grotere overbelastingscapaciteit van de motor dan langdurig gebruik.De behoefte aan een hoge overbelastingscapaciteit wordt mede bepaald door de noodzaak om kortdurende mechanische overbelastingen als gevolg van scheiding van lasten, grondafgravingen, enz. te overwinnen.

Ten slotte verschillen de verwarmings- en koelcondities van motoren in intermitterend bedrijf van die in continu bedrijf. Dit verschil is vooral uitgesproken bij zelfgeventileerde motoren, aangezien de hoeveelheid koellucht die de motor binnenkomt afhankelijk is van het toerental. Tijdens overgangen en pauzes wordt de warmteafvoer van de motor belemmerd, wat een aanzienlijke invloed heeft op de toegestane motorbelasting.

Al deze omstandigheden bepalen de noodzaak om in elektrische aandrijvingen met cyclische actiemechanismen speciale motoren te gebruiken waarvan de nominale belasting periodiek is, gekenmerkt door een bepaalde nominale inschakelduur

waarbij Tp en se — respectievelijk de werktijd en de pauzetijd.

In de intermitterende modus schommelt de motortemperatuur bij nominale belasting rond de toegestane waarde, stijgt tijdens bedrijf en daalt tijdens pauze. Het is duidelijk dat hoe hoger de temperatuurafwijkingen van het toelaatbare, hoe langer de cyclustijd bij een gegeven PV Tq = Tp + se en hoe kleiner de tijdconstante van motorverwarming Tn.

Beperk de toegestane cyclustijd tot de limiet van de mogelijke maximale motortemperatuur. Voor huishoudelijke motoren met intermitterende werking is de toegestane cyclustijd gelijk aan 10 minuten. Deze motoren zijn dus ontworpen voor een inschakelduur waarvan de grafiek voor standaard inschakeltijden (inschakelduur = 15, 25, 40 en 60 en 100%) wordt getoond in Fig. 1.Naarmate de inschakelduur toeneemt, neemt het nominale vermogen van de motor af.

De industrie produceert een aantal series motoren met intermitterende belasting:

— asynchrone kranen met een eekhoornrotor in de serie MTKF en met een faserotor in de serie MTF;

— vergelijkbare metallurgische series MTKN en MTN;

— DC-serie D (in de versie voor graafmachines van de DE-serie).

Machines van de gespecificeerde serie worden gekenmerkt door de vorm van een langwerpige rotor (anker), die zorgt voor een vermindering van het traagheidsmoment.Om de verliezen die vrijkomen in de statorwikkeling tijdens transiënte processen te verminderen, zijn de motoren van de MTKF en MTKN series hebben een verhoogde nominale slip sHOM = 7 ÷ 12%. De overbelastingscapaciteit van de motoren van de kraan- en metallurgische serie is 2,3 - 3 bij inschakelduur = 40%, wat bij inschakelduur = 100% overeenkomt met λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.

V kraan motoren AC-modus wordt genomen als de belangrijkste nominale modus met inschakelduur = 40%, en in DC-motoren - kortstondige modus met een duur van 60 minuten (samen met inschakelduur = 40%). De nominale vermogens van de motoren van de kraan- en metallurgische serie bij PVNOM = 40% liggen in het bereik: 1,4-22 kW voor de MTF- en MTKF-serie; 3-37 kW en 3-160 kW voor respectievelijk MTKN- en MTN-series; 2,4-106 kW voor serie D. Geblazen motoren uit de D-serie zijn gemaakt voor een nominaal vermogen van 2,5 tot 185 kW met inschakelduur = 100%.

Kooiankermotoren kunnen een ontwerp met meerdere snelheden hebben met twee of drie afzonderlijke statorwikkelingen: MTKN-serie met het aantal polen 6/12, 6/16 en 6/20 en nominaal vermogen van 2,2 tot 22 kW bij PVNOM = 40%; MTKF serie met aantal polen 4/12, 4/24 en 4/8/24 en nominaal vermogen van 4 tot 45 kW bij PVN0M = 25%.De productie van een nieuwe 4MT-serie asynchrone kraan- en metallurgische motoren in het vermogensbereik van 2,2 - 200 (220) kW met een inschakelduur van 40% is gepland.

Het gebruik van tweemotorige aandrijving verdubbelt het toepassingsgebied van de vermelde typen elektrische machines. Bij grote vereiste vermogens worden asynchrone motoren van de A-serie, AO, AK, DAF enz. gebruikt, evenals gelijkstroommotoren van dezelfde P-serie in gespecialiseerde modificaties, bijvoorbeeld in de versie voor graafmachines van PE, MPE, voor liften MP L, enz.

Selectie van motoren voor kraan- en metallurgische series wordt het eenvoudigst uitgevoerd in gevallen waarin het werkelijke werkschema samenvalt met een van de nominale schema's getoond in Fig. 1. Catalogi en naslagwerken vermelden motorvermogens van PV-15, 25, 40, 60 en 100%. Daarom is het, wanneer de omvormer werkt met een constante statische belasting Pst bij nominale cyclus, niet moeilijk om een ​​motor te selecteren met het dichtstbijzijnde vermogen uit de catalogus vanuit de voorwaarde PNOM > Rst.

Echte cycli zijn echter meestal complexer, de motorbelasting in verschillende delen van de cyclus blijkt anders te zijn en de schakeltijd verschilt van de nominale. Onder dergelijke omstandigheden wordt de selectie van de motor uitgevoerd volgens een gelijkwaardig schema, afgestemd op een van de nominale schema's in Fig. 1. Hiervoor wordt eerst de permanente equivalente verwarmingsbehoefte bij een geldige PST bepaald, die vervolgens wordt herberekend naar de standaard PST0M inschakelduur. De herberekening kan worden gedaan met behulp van de verhoudingen:

De verhoudingen zijn bij benadering omdat ze geen rekening houden met twee belangrijke factoren die veranderen met een verandering in de inschakelduur en die een aanzienlijke invloed hebben op de motorverwarming.

Rijst. 1.De nominale inschakelduur van de motor voor intermitterend bedrijf.

De eerste factor is de hoeveelheid warmte die vrijkomt in de motor als gevolg van constante verliezen... Deze hoeveelheid warmte neemt toe naarmate PV toeneemt en neemt af naarmate PV daalt. Dienovereenkomstig, wanneer u naar een groot fotovoltaïsch apparaat gaat, neemt de verwarming toe en vice versa.

De tweede factor zijn de ventilatieomstandigheden van de motoren. Met zelfventilatie zijn de koelcondities tijdens werkperiodes vele malen beter dan tijdens rustperiodes. Daarom verbeteren bij een toename van PV de koelomstandigheden, bij een afname verslechteren ze.

Als we de invloed van deze twee factoren vergelijken, kunnen we concluderen dat deze tegengesteld is en tot op zekere hoogte wederzijds wordt gecompenseerd. Daarom geven de geschatte verhoudingen voor moderne series een redelijk correct resultaat als ze alleen worden gebruikt voor herberekening naar de nominale inschakelduur die het dichtst bij de waterkrachtcentrale ligt.

Uit de theorie van elektrische voortstuwing is bekend dat de methoden van gemiddelde verliezen en equivalente waarden die worden gebruikt bij de selectie van een motor van verificatiekarakter zijn, aangezien ze kennis vereisen van een aantal parameters van een eerder geselecteerde motor. Om meerdere fouten te voorkomen, moet bij het maken van een voorlopige selectie rekening worden gehouden met de kenmerken van een bepaald mechanisme.

Voor algemene industriële mechanismen van cyclische actie kunt u de drie meest typische gevallen van motorvoorselectie specificeren:

1. De inschakelduur van het mechanisme is ingesteld en dynamische belastingen hebben een verwaarloosbaar effect op de opwarming van de motor.

2. De cyclus van het mechanisme is ingesteld en het is bekend dat dynamische belastingen de opwarming van de motor aanzienlijk beïnvloeden.

3. De cyclus van het mechanisme wordt niet bepaald door de taak.

Het eerste geval is het meest typerend voor mechanismen met lage traagheidsmassa's - hef- en treklieren voor eenmalig gebruik. Het effect van dynamische belastingen op de motorverwarming kan worden beoordeeld door de opstartduur tp te vergelijken met de duur van stationair bedrijf.

Als tп << tyct kan de motorselectie worden gemaakt volgens het belastingsdiagram van de omvormer. Volgens dit belastingsdiagram wordt het gemiddelde belastingskoppel bepaald door de eerder gegeven formules, het wordt herberekend naar de dichtstbijzijnde nominale inschakelduur en vervolgens wordt het vereiste motorvermogen bepaald bij een gegeven bedrijfssnelheid ωρ:

In dit geval wordt een geschatte weergave van de invloed van dynamische belastingen uitgevoerd door een veiligheidsfactor kz = 1,1 ÷ 1,5 in de formule te introduceren. Naarmate de verhouding tp / tyct toeneemt, zou de veiligheidsfactor ongeveer moeten toenemen, ervan uitgaande dat deze bij tp / tyct0,2 - 0,3 meer is.

De vooraf geselecteerde motor moet worden gecontroleerd op verwarming door een van de methoden volgens de theorie van elektrische aandrijving, evenals overbelastingscapaciteit van de voorwaarde:

waarbij Mdop het toelaatbare overbelastingsmoment op korte termijn is.

Voor gelijkstroommotoren wordt het koppel beperkt door de huidige commutatiecondities op de collector:

waarbij λ de overbelastingscapaciteit van de motor is volgens de catalogusgegevens.

Voor asynchrone motoren moet bij het bepalen van Mdop rekening worden gehouden met de mogelijkheid om de netspanning met 10% te verlagen. Aangezien het kritieke moment Mcr evenredig is met het kwadraat van de spanning, dan

Bovendien moeten inductiemotoren met eekhoornkooien op dezelfde manier worden gecontroleerd door het startkoppel.

Het tweede geval is kenmerkend voor mechanismen met grote traagheidsmassa's - zware en snelle bewegings- en rotatiemechanismen, maar het kan ook worden gerealiseerd in andere gevallen met een hoge startfrequentie.

Hier kan de invloed van dynamische belastingen worden geëvalueerd door de transiënte tijd en de stationaire werking te vergelijken. Als ze meetbaar of tactisch zijn, kunnen de dynamische belastingen niet worden verwaarloosd, zelfs niet als de motor vooraf is geselecteerd.

In dit geval is het noodzakelijk om voor de voorlopige selectie een geschat belastingsdiagram van de motor te construeren, waarbij naar analogie van de huidige instellingen het traagheidsmoment is ingesteld. Als Jdw << Jm, kan een fout in de waarde van Jdw geen significante invloed hebben op de juistheid van de selectie, en bovendien geeft de daaropvolgende verificatieberekening in elk geval de nodige verduidelijkingen.

Ten slotte is het derde geval kenmerkend voor mechanismen met een universeel doel, waarvoor het moeilijk is om een ​​specifieke werkcyclus op te bouwen. Een voorbeeld hiervan zijn de mechanieken van een normale bovenloopkraan met een laag draagvermogen, die in diverse productiegebieden kan worden ingezet.

De basis voor het kiezen van een motor in dergelijke gevallen kan een bezinkingscyclus zijn, waarbij op het eerste werkgedeelte tp1 de motor werkt met maximale belasting MCT1, en op de tweede tp2 met minimale belasting MCT2. Als bekend is dat de invloed van dynamische belastingen op de verwarming van de motor van dit mechanisme is klein, het is mogelijk om het rms (equivalent bij verwarming) belastingsmoment te bepalen, ervan uitgaande dat tp1 = tp2

Het benodigde motorvermogen bij een bepaald toerental wordt bepaald door de verhouding

De selectie van de motor volgens de catalogus wordt gemaakt door de voorwaarde Ptr < Pnom bij de berekende duur van opname van PVnom ingesteld voor het mechanisme.

Voor kraanmechanismen stellen de regels de volgende werkingsmodi vast, bepaald door de totaliteit van hun bedrijfsomstandigheden:

• licht — L (PVNOM == 15 ÷ 25%, het aantal starts per uur h <60 1 / h),

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

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

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

• bijzonder zwaar - OT (duty cycle = 100%, h> 600 1 / h).

De beschikbaarheid van deze gegevens, gebaseerd op statistisch materiaal, maakt het, indien nodig, mogelijk om de conditionele cyclus van het mechanisme te specificeren, zoals hierboven geaccepteerd als berekend. In feite ligt de werktijd vast

waardoor de engine op dezelfde manier kan worden voorgeselecteerd als in de eerste twee hierboven besproken gevallen. Dit is met name belangrijk wanneer kan worden aangenomen dat het effect van dynamische belastingen op de opwarming van de motor aanzienlijk is.