Режимы работы технологического оборудования и электроприводов АТК

План лекции

1. Основные режимы работы технологического оборудования

2. Основные режимы работы электроприводов

3.1 Основные режимы работы технологического оборудования

Любой технологический процесс, связанный с производством материалов и изделий, стремятся, руководствуясь экономической целесообразностью, сделать непрерывным. В соответствии с этим технологические комплексы и агрегаты могут длительное время работать непрерывно. Примерами непрерывных технологических комплексов являются бумаго- и картоноделательные машины, не­прерывные станы холодной прокатки, конвейерные линии мно­гих производств и др. Соответственно агрегаты и механизмы этих комплексов работают в непрерывном режиме. Наряду с этим мно­гие технологические агрегаты и их механизмы работают в цикли­ческом режиме со сменой скоростей и нагрузок. В их работе могут быть перерывы. Такие агрегаты и механизмы называются агрегата­ми и механизмами циклического действия. К ним относятся разно­образные подъемно-транспортные машины (мостовые, козловые краны), экскаваторы, металлообрабатывающие станки, промыш­ленные манипуляторы и др. Среди механизмов выделяются меха­низмы циклического и условно циклического режимов. Последние работают с изменяющимися параметрами цикла (ускорения, ско­рости, время от цикла к циклу). Имеются и механизмы кратко­временного режима работы, выполняющие, как правило, вспо­могательные функции.

Режимы работы комплексов, агрегатов и механизмов учитыва­ются при выборе автоматизированных электроприводов и систем управления с точки зрения реализации заданных технологических функций и соответствия номинальным режимам работы электро­двигателей.

3.2 Основные режимы работы электроприводов

Под номинальным режимом работы электродвигателя понимает­ся режим, который был предусмотрен для электродвигателя пред­приятием-изготовителем. Для этого режима в каталогах и паспорте двигателя указываются: номинальная полезная механическая мощ­ность на валу; номинальное напряжение; номинальный ток; номинальная частота вращения или номинальная уг­ловая скорость; номинальный КПД; номинальный коэффициент мощности.

В соответствии со стандартом установлено восемь номиналь­ных режимов работы электрических машин, которые имеют ус­ловные обозначения S1 ...S8. Соответствующие этим режимам ди­аграммы изменения нагрузки М (полезного механического мо­мента на валу двигателя), мощности тепловых потерь Р_т и темпе­ратуры показаны на рисунках 3.1, 3.2. Режимы определяются следующим образом.

S1 – режим продолжительной нагрузки: работа при постоянной нагрузке, достаточно длительная для достиже­ния теплового равновесия, т.е. температура всех частей электри­ческой машины достигает установившегося значения _mах.

S2 – режим кратковременной нагрузки: работа при постоянной нагрузке в течение заданного времени, меньшего, чем требуется для получения теплового равновесия, с последующим отключенным неподвижным состоянием, имеющим достаточную продолжительность для достижения машиной температуры окружа­ющей среды ₀. Характерным параметром является продолжитель­ность кратковременной работы, предпочтительные значения ко­торой составляют 10; 30; 60 и 90 мин.

Рисунок 3.1

S3 – режим повторно-кратковременной нагруз­ки: последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из периодов работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного состояния; длительность этих пе­риодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла, а наличие пускового тока суще­ственно не влияет на нагревание.

Для режима S3 характерным параметром является относитель­ная продолжительность работы ПВ = (t_Р/T_ц)100 %, где t_р – период работы при номи­нальных условиях; T_ц = t_Р + t₀ – продолжительность цикла; t₀ – период отключенного со­стояния (паузы). Предпочтительными являются следующие значения относитель­ной продолжительности работы: 15; 25; 40 и 60 %. Продолжитель­ность одного цикла (если нет других указаний) принимается рав­ной 10 мин.

S4 – режим повторно-кратковременной нагрузки, включая пуск: последовательность идентичных рабочих цик­лов, каждый из которых состоит из периодов пуска, работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного состояния; длительность этих периодов недостаточна для достижения тепло­вого равновесия за время рабочего цикла.

S5 – режим повторно-кратковременной нагрузки, включая электрическое торможение: последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из пе­риодов пуска, работы при постоянной нагрузке, быстрого элект­рического торможения и отключенного неподвижного состояния; длительность этих периодов недостаточна для достижения тепло­вого равновесия за время одного цикла.

Для режимов работы S4 и S5 характерными параметрами явля­ются: относительная продолжительность включения, число вклю­чений в час, коэффициент инерции и постоянная кинетической энергии.

Под относительной продолжительностью включения понима­ется для режима S4 ПВ_S4 = [(t_п + t_р)/Т_ц ]100 %, для режима S5 ПВ_S5 = [(t_п + t_p + t_т)/Т_ц]100%, где t_п и t_т – периоды, соответственно, пуска и торможения.

Продолжительность цикла T_ц = 3600/ z, где z – число включе­ний (циклов) в час.

Под коэффициентом инерции понимается отношение суммы момента инерции двигателя и приведенного к валу двигателя мо­мента инерции механизма к моменту инерции двигателя:

k_j = (J_дв +J_пр.мех)/J_дв .

Постоянная кинетической энергии – это отношение кинетичес­кой энергии, запасенной ротором при номинальной частоте вра­щения (угловой скорости), к номинальной полной мощности или произведению номинальных напряжения и тока в машинах по­стоянного тока.

Для режимов работы S4 и S5 предпочтительными являются сле­дующие значения: ПВ – 15; 25; 40 и 60 %; z – 30; 60; 90; 120; 180; 240 и 360 вкл./ч; k_j – 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4.

S6 – режим продолжительной работы при пе­ременной нагрузке: последовательность идентичных ра­бочих циклов, каждый из которых состоит из периодов работы при постоянной нагрузке и на холостом ходу; длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла. Характерным параметром является продолжительность рабо­ты ПР = (t_р/Т_ц )100%.

Предпочтительными являются следующие значения ПР: 15; 25; 40 и 60 %. Продолжительность одного цикла (если нет других ука­заний) принимается равной 10 мин.

Рисунок 3.2

S7 – режим продолжительной нагрузки, вклю­чая электрическое торможение: последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из пе­риодов пуска, работы при постоянной нагрузке и электрического торможения; длительность рабочего периода недостаточна для до­стижения теплового равновесия за время одного цикла.

Для режима работы S7 характерными параметрами являются чис­ло включений в час, коэффициент инерции и постоянная ки­нетической энергии. Предпочтительными являются следующие значения: z — 30; 60; 90; 120; 180; 240 и 360 вкл./ч; k_j – 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4.

S8 – режим работы при периодическом изме­нении частоты вращения и нагрузки: последова­тельность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состо­ит из периодов ускорения, работы при постоянной нагрузке, со­ответствующей заданной частоте вращения, затем одного или не­скольких периодов работы при других постоянных значениях на­грузки, соответствующих другим частотам вращения; длительность каждого рабочего периода недостаточна для достижения теплово­го равновесия за время одного рабочего цикла.

Для режима работы S8 характерными параметрами являются число включений в 1 ч, относительная продолжительность рабо­ты при каждой внешней нагрузке и соответствующей ей частоте вращения, а также коэффициент инерции и постоянная кинетической энергии. Относительная продолжительность работы в данном случае при каждой из нагрузок ПР_j= [(t_п.пj + t_p.j)/ Т_ц]100 %, гдe t_p.j – период работы при постоянной j-й нагрузке; t_п.пj – период переходного процесса (ускорения или замедления) при пе­реходе к j-му значению частоты вращения (угловой скорости) и соответствующей ей нагрузке.

Для режима работы S8 предпочтительными являются следую­щие значения параметров:z– 30; 60; 90; 120; 180; 240 и 360 вкл./ч; k_j – 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4; ПР –15, 25, 40 и 60 %.

В каталогах электрических машин приводятся данные для номи­нальных режимов S1, S2 и S3. Задача выбора электрической маши­ны по мощности заключается в том, чтобы правильно сопоставить ее рабочий режим с номинальным, обеспечив максимальное ис­пользование выбранного двигателя по условиям нагрева.

Рекомендуемая литература

1. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для вузов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. – М.: Академия, 2004. – С. 80-86.

2. Родионов В.Д., Терехов В.А., Яковлев В.Б. Технические средства АСУ ТП: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.Б. Яковлева. – М.: Высш.шк., 1989.

Лекция 4