Нагрузочные диаграммы механизма и электропривода. Выбор мощности ЭД по нагрузочным диаграммам

Исходные данные для выбора электродвигателей обычно представляются в виде нагрузочных диаграмм рабочего механизма, под которым понимают зависимость момента сопротивления механизма М_м или мощности Р_м от времени t, т.е. М_м(t) или Р_м(t). Вместе с нагрузочной диаграммой механизма дается или рассчитывается скоростная диаграмма или . Иногда момент механизма М_м зависит от пути (угла поворота механизма ). В этом случае при известной скорости механизма можно перестроить заданный график , получив в виде М_м(t).

Нагрузочные диаграммы механизма разделяют на детерминированные и статистические. Детерминированные диаграммы когда отсутствует влияние случайных факторов. Однако имеются механизмы, нагрузка которых испытывает значительные колебания под воздействием случайных факторов. Случайными могут быть не только нагрузки механизмов, но и продолжительность цикла и частота включения.

Если влияние случайных факторов велико, то строят нагрузочные диаграммы для наиболее вероятного или наиболее тяжелого цикла.

Для обоснованного выбора электродвигателя скоростная и нагрузочная диаграммы механизма должны быть известны или рассчитаны. По нагрузочной диаграмме механизма можно найти среднюю , или среднеквадратичную (эквивалентную) , мощности механизма, где ,(7.63) момент навыходном валу механизма.

Если известно передаточное число j между двигателем и механизмом, то можно определить статический момент в двигательном , (7.64) и тормозном , (7.65) режимах, а затем найти среднюю , (7.66)или среднеквадратичную статическую мощность, где , (7.67) , (7.68) , - КПД передачи, К_З – коэффициент загрузки передачи.

По статической мощности Р_с можно предварительно выбрать электродвигатель:

(7.70) , (7.71)К_зап=1,1 – 1,3 – коэффициент запаса, учитывающий влияние динамических режимов.

При неизвестном передаточном числе его определяют по одному из критериев оптимальности, для номинальной мощности электродвигателя Р_ном, которую в этом случае рассчитывают так: , (7.72)

Выбранная в соответствии с нагрузочной диаграммой механизма номинальная мощность электродвигателя является предварительной, так как при ее выборе не учитывались динамические моменты. Окончательная проверка электродвигателя по нагреву и перегрузочной способности возможна только после полного расчета переходных процессов электропривода за цикл работы.

Предварительной проверка с помощью упрощенной нагрузочной диаграммы электропривода, представляющей собой зависимость электромагнитного момента или тока электродвигателя за цикл, т.е. М(t) или I(t). Электромагнитный момент двигателя вычисляется по формуле ,

(7.73)где , (7.74) , J – суммарный

момент инерции электропривода, приведенный к валу электродвигателя, - конечная и

начальная угловые скорости двигателя на временном интервале t_п.п переходного процесса, m –

поступательно перемещающаяся масса с линейной скоростью , J_м – момент инерции механизма, j – передаточное число, - радиус приведения. Знак динамического момента определяется ускорением: при разгоне и , а при торможении и . Величина углового ускорения на валу электродвигателя вычисляется, исходя из заданной величины углового или линейного ускорения механизма (7.76) На Рис. 7.15 показано построение упрощенной нагрузочной диаграммы электропривода.

Построенная указанным способом упрощенная нагрузочная диаграмма электропривода позволяет провести предварительную проверку двигателя по нагреву, принимая во внимание следующие соображения. Если выбранный электродвигатель в системе электропривода работает при примерно постоянном магнитном потоке (ДПТ НВ, АД до критического скольжения, АД при частотном регулировании по закону Ф=const), то среднеквадратичный момент электродвигателя отражает его среднюю температуру нагрева. Далее если t_ц>10мин, то в соответствии с характеристикой номинальных режимов это будет длительный режим работы с переменной нагрузкой (S6, S7, S8). Поэтому можно найти среднеквадратичный (эквивалентный) момент электродвигателя за время цикла t_ц: , где М_i – электромагнитный момент двигателя на i-м участке упрощенной нагрузочной диаграммы электропривода, - коэффициент охлаждения самовентилируемого двигателя на i-м участке, t_i – временной интервал i-го участка.

Предварительно выбранный электродвигатель будет удовлетворять условиям нагрева, если , где - номинальные мощность и угловая скорость двигателя.

Если же двигатель работает с переменным магнитным потоком в прежнем режиме,то момент электродвигателя уже не отражает его нагрев. Поэтому упрощенную нагрузочную диаграмму М(t) надо пересчитать в упрощенную нагрузочную диаграмму тока электродвигателя I(t). Затем по ней рассчитать эквивалентный ток I_э за время t_ц: , (7.79) и сравнить с номинальным током I_ном.

Если , (7.80) то выбранный двигатель удовлетворяет условиям нагрева.

При t_ц£10мин имеем один из повторно-кратковременных режимов (S3, S4, S5), для которых эквивалентный момент или эквивалентный ток рассчитываются только для включенного (рабочего) состояния двигателя при известной относительной продолжительности включения .

Если расчетная величина (или ПВ) отличается от стандартного, то эквивалентные момент и ток приводят к стандартному значению ПВ: , (7.81) ,Двигатель по нагреву проходит, если выполняется условие , (7.83) или , Упрощенная нагрузочная диаграмма электропривода позволяет также проверить двигатель и по перегрузочной способности. Электродвигатель будет удовлетворять условиям перегрузки, если ,(7.85) где М_max – максимальный момент на нагрузочной диаграмме электропривода