Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работи

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Электротехника


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 313. 333
B.C. Петрушин, АЖ. Якимец, А.В. Груша
ВЫБОР АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
Пропонується прямий вибір АД для різних режимів роботи, який дозволяє врахувати як температурні обмеження, так і масо-габаритно-вартісні і енергетичні критерії, а також низку функціональних обмежень.
Предлагается прямой выбор АД для различных режимов работы, позволяющий учесть как температурные ограничения, так и массо-габаритно-сжшюсные и энергетические критерии, а также ряд функциональных ограничений.
ВВЕДЕНИЕ
Основной задачей при выборе асинхронных двигателей (АД) для разнообразных электроприводов является максимальное приближение эксплуатационных характеристик этих электромеханических преобразователей к задаваемым требованиям потребителей при обеспечении надежной и экономичной работы в течение определенного ресурса времени. На валу двигателя может быть нагрузка различная по характеру (постоянство момента нагрузки, постоянство мощности нагрузки, степенная зависимость момента от час), ,
(продолжительный, кратковременный, повторно-
кратковременный, перемежающийся и т. д.). В частности от режима работы, т. е. от соотношения длительности периодов работы и пауз между ними или периодов работы с полной или частичной нагрузкой, от частоты включения машины и характера протекания ,
.
[1], возможны и нестандартные [2, 3]. Стандартные характеризуются различными временными показателями (ПВ — продолжительностью включения, ПН —
,
работы, частотой включения и т. д.).
Правильный выбор двигателя должен обеспечить высокие энергетические показатели в процессе экс,
использовании. Как правило, нагрузка на валу двигателя изменяется во времени (может быть описано с
),
вследствие чего изменяются потери в нем и, соответственно, температуры частей двигателя. Т. е., для выбора двигателя целесообразно проведение полного, -ются температуры наиболее напряженных в тепловом отношении обмотки статора и подшипников, с учетом зависимости нагрузки от времени, а также с учетом переходных процессов (пуска, реверса, торможения, перехода от одной нагрузки к другой и т. д.).
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
На сегодняшний день методика выбора АД для стандартных режимов работы [4, 5, 6, 7] базируется на косвенной оценке температурного режима. Для этого используются методы эквивалентного тока, эквива-,. с тем при прямом выборе возможен расчет значений температур конструктивных элементов АД, и при условии не превышения ими температурных ограниче-,, -риев могут использоваться масса, габариты, стои-,
затраты на изготовление и эксплуатацию ПЗт, сред-
нециклические энергетические показатели (КПД и),
, —
ставляющих вышеперечисленные критерии. Результаты выбора изменяются при различных используемых критериях или при различных их составляющих в
,
коэффициентов значимости этих составляющих. При расчете критериев могут приниматься во внимание их значения в переходных режимах работы. Такой подход позволяет осуществлять выбор как для режимов
,
режимов значительно меньше продолжительностей работы в установившихся режимах, так и для режимов при соизмеримости вышеуказанных продолжительностей. При выборе определяется, удовлетворяет ли выбранный вариант ограничениям, определяемых требованиями стандартов и технических заданий, к числу которых относятся тепловые (температуры об), —
ские (прогиб вала, критическая скорость вращения,
,
), (-роста от небаланса подшипников в осевом и радиаль-,, виброускорения и шума, уровень вентиляционного шума), пусковые (кратности пусковых тока и момента), динамические (максимальные броски тока и момента при переходном процессе, время переходного), -рактеристик (относительная жесткость характеристи-,). -терия выбора использовать такой энергетический по,, -регающая эксплуатация двигателя.
В связи с вышесказанным для реализации автоматизированного выбора АД для различных режимов работы с учетом вышеперечисленных критериев и ограничений требуются комплексные математические модели (ММ), включающие в себя модели АД (для установившегося режима основанной на Т-образной схеме замещения, для динамического режима — на системе дифференциальных уравнений обобщенной машины, для анализа теплового состояния ММ, описанные в [8, 9, 10, 11, 12, 13]) и модели нагрузочных диаграмм М (0 — циклограмм и позволяющих выполнить анализ электромагнитных, электромеханических, энер-,, , -ских процессов при работе АД на различные по харак-,. предполагают рассмотрение машин различных конструктивных исполнений, степеней защиты, систем вентиляции, типов роторов и т. д. и учитывают изменение параметров схем замещения двигателя вследствие на-
сыщения стали магнитопровода и вытеснения токов в
,
потерь в стали в статических и динамических режимах ,
гармоник магнитного поля.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
На кафедре электрических машин Одесского национального политехнического университета был разработана программа БМОг/'-уе, предназначенная для автоматизированного выбора АД для различных.
принципах, аналогично программе Б1МЛ8-Ог/уе [14], позволяющих учесть взаимовлияние двигателя и нагрузки (при необходимости могут использоваться модели согласующего напряжения сети и двигателя трансформатора и редуктора между двигателем и на)
, —
лее важные аспекты функционирования двигателя.
Вышеуказаная программа была использована для автоматизированного выбора двигателя при решении такой производственной задачи. двига-
тели (4А180Б4, 4А160Б4, 4А160М4) работали на нагрузку, описываемую следующей циклограммой: 600 с -150 Н • м, 600 с — 100 Н • м. Зависимости перегревов обмотки статора рассматриваемых двигателей, рассчитанные программой Б1МОг/'-уе, представлены на рис. 1.
Согласно полученным зависимостям двигатели 4А18 084 и 4А160М4 при работе на заданную циклограмму удовлетворяют температурному ограничению, соответствующему используемой в двигателях изоляции класса Б, а двигатель 4А16 084 не удовлетворяет.
Поэтому дальнейший выбор осуществлялся из двигателей 4А18 084 и 4А160М4. Полученые аналогичным образом зависимости температур подшипниковых щитов трех рассматриваемых двигателей подтверждают обеспечение в них, при работе на задан,
.
программы Б1МДг/уе проводился по обобщенному
,
виде экспертных оценок в баллах [15]. При автоматизированном выборе эти экспертные оценки выбираемого АД формируется следующим образом: для среднециклических энергетических критериев КПД (Псц) И коэффициента мощности (созфсц) — у двигателя, который имеет наибольшие показатели из нескольких, ,
100, -нятого за 100 балов- для стоимостных, габаритных,, -ских приведенных затрат ПЗт — берётся разность большего и текущего значения и определяется отношение к большему значению. Суммарная результирующая оценка является определяющей при выборе.
Результаты автоматизированного выбора при коэффициентах значимости всех составляющих обобщенного критерия равных 1 представлены в табл. 1. При заданных требованиях выбора двигатель 4А160М4 имеет большую сумму балов. В случае использования других коэффициентов значимости либо только отдельных составляющих обобщенного критерия, результаты автоматизированного выбора меняются.
50,0 1
0 0 _____ _ _ _ _ _ _________________________________________________________-
О & quot- 2000 4000 0000 8ЇЮ0 ЇОООО Щ
а
б
в
Рис. 1. Зависимости перегревов обмотки статора для продолжительного с номинальным моментом (1) и заданого перемежающегося (2) режимов: а — 4Л180Б4, б — 4Л160М4, в — 4Л160Б4
1
Результаты автоматизированного выбора
& quot- ---~^Двигатели Показатели --______ 160М4 180Б4
Пси 98,888 100
С08ф", 100 97,96
Приведенные затраты ПЗси 20,796 0
Масса 25,03 0
Стоимость 22,04 0
Объем 6,24 0
Результат выбора (балл) 273 197,96
Как указывалось выше, задача выбора должна решаться с учетом и других функциональных показателей работы двигателя, а именно механических, виб-,, ,
показателей механических характеристик. Результаты расчетов этих показателей, выполненные с помощью программы Б1МДг/уе, представлены в табл. 2.
2
Сравнение показателей двигателей при работе
на заданную нагрузочную диаграмму
— Двигатели Параметры --___ 160М4 180S4
ПЗа АД, грн 3593,7 4537,2
Пи А Д 0,8875 0,8987
совфси АД 0,8659 0,8449
Масса А Д, кг 147,269 196,427
Стоимость А Д, грн 2041,53 2618,64
Объем А Д, м3 0,1 332 0,1 421
Прогиб вала, % 4,2 5,8
Расчетная критическая частота вращения, об/мин 13 500 9700
Требуемая прочность вала, кПа 41 43
Требуемая динамическая грузоподьмность подшипников, кН 18,5 22
Уровень механической виброскорости в осевом направлении, (мм/с) 0,99 0,7
Уровень механической виброскорости в радиальном направлении, (мм/с) 0,76 0,67
Общий уровень магнитной виброскорости, (дБ) 94 89
Уровень магнитного виброускорения, (дБ) 93,8 88,7
Уровень магнитного шума, (дБ) 77 72
Уровень вентиляционного шума, (дБ) 77 80
Кратность пускового тока 5,2 5,88
Кратность пускового момента 1,05 1,3
Бросок тока при переходном процессе, А 48 50
Бросок момента при переходном процессе, Н^м 178 182
Время переходного процесса, с, 0,35 0,4
Относительная жесткость механической характеристики, о. е. 1,7 1,68
Перегрузочная способность, о.е. 2,6 2,3
Кроме вышеперечисленных показателей в таблице даются среднециклические приведенные затраты, среднециклические энергетические показатели, массо-габаритно-стоимостные показатели.
Программа ШМБгіує позволяет использовать при автоматизированном выборе как ограничение любой из вышерассмотренных функциональных по.
выводы
1.
различных режимов работы базируются только на косвенной оценке температурного режима и не учитывают других факторов.
2.
работы заключается в использовании энергетических, -и осуществляется после проверки по результатам теплового расчета удовлетворяются ли соответствующие температуры задаваемым ограничениям.
3. -
, —
ханические, виброакустические, динамические, пус-, —
.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 183–74. Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования
2.
машинах. Беспалов В. Я., Дунайкина Е. А., Мощинский
ЮА./ Под редакцией Б. К. Клокова. — М.: Моск. энерг. ин-т,
1987. — 72 с.
3. Дунайкина Е. А. Разработка модификации асинхронных двигателей единой серии 4А (/?=56−132 мм) для кратковременных режимов: Автореф. дис… канд. техн. наук: 05. 09. 01 / Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской революции энергетический институт. — Москва, 1986. — 20 с.
4. Москаленко В Б. Автоматизированный электропривод. -М.: Энергоатомиздат, 1988. — 418 с.
5. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В. А. Елисеева, А. В. Шинянского. — М.: Энерго-
, 1983. — 616.
6. .: 2. / общ. редакцией докт. техн. наук ИЛ. Копылова, канд. техн. наук Б. К. Клокова. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — Т1. — 456 с. — Т2. — 688 с.
7. Чиликин М. Г., Ключев В. П., Сандлер А. С. Теория автоматизированного электропривода. — М.: Энергия, 1979. -616.. -
//. — 1969. — 9. -
С. 48 -51.
8. Петрушин B.C., Рябинин С Б., Якимец AM. Анализ потерь и теплового состояния асинхронного двигателя при
.
НАН України. — Київ: ІЕД НАН України, 1999. — Вип. 1. С. 31- 36.
9. Петрушин B.C., Рябинин С Б., Якимец AM. Расчет температур конструктивных элементов асинхронных двига-
. // -університету & quot-Львівська политехніка& quot-, № 403, Львів, 2000, С. 145−149. '-
10. Петрушин B.C., Рябинин С Б., Якимец AM. Анализ потерь и теплового состояния асинхронного двигателя при
//
электродинамика, № 4, 2000, С. 34−38.
11. Петрушин B.C., Якимец А. М. Универсальная тепловая
//
Електромашинобудування та електрообладнання:
Міжвід. наук. -техн. зб. — 2002.- Вип. 59.- С. 75−79.
12. Петрушин B.C., Якимец А. М., Кобрин В. Л. Тепловые расчеты нестационарных режимов работы асинхронных
//
Електротехніка і електромеханіка: Науково-практичний
журнал. — 2003. — № 4. — С. 65 — 68.
13. Петрушин B.C., Якимец AM., Груша А В, Каленик О Б. Энергетические и тепловые показатели регулируемых асинхронных двигателей с учетом высших просгрансгвенно-
// р -обладнання: Мшвід. наук. -техн. зб., вип. 70, 2008, С. 68 — 71.
14. Петрушин B.C., Рябинин С Б., Якимец AM. Программный продукт «DIMASDrive». Программа анализа работы, выбора и проектирования асинхронных короткозамкнутых двигателей систем регулируемого электропривода (свиде-
4065).: —
нистерство образования и науки Украины, Государственный департамент интеллектуальной собственности, 26. 03. 2001.
15. Петрушин B.C. Поэтапный выбор серийных асинхронных двигателей для систем частотного электропрво-
// р.. — 2002. — 3. -. 41 — 44.
Поступила 22. 10. 08
Петрушин Виктор Сергеевич, д.т.н., проф. ,
Якимец Андрей Миронович, к.т.н., доц. ,
Груша Андрей Васильевич
Одесский национальный политехнический университет Украина, 65 044, Одесса, пр-т Шевченко, 1, ОНПУ,
& quot- & quot- тел. (8−048) 779−74−94, 779−76−80, e-mail: victor_petrushin@ukr. net, yakimets@i. ua

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой