И КРАТКОВРЕМЕННОМ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

Для повторно-кратковременного режима работы выпускаются специальные серии электродвигателей. В каталогах на них указывается номинальная мощность Р_н при нормативной (стандартной) продолжительности включения ПВ_н = 15, 25, 40, 60 %.

Если при повторно-кратковременном режиме расчетная мощность Р_э и фактическая продолжительность включения ПВ_ф равны (или очень близки к номинальным данным двигателя), то проверка его по нагреву не требуется, поскольку работа при таких параметрах нагрузочной диаграммы гарантируется заводом-изготовителем. Но когда ПВ_ф заметно отличается от ПВ_н, проверка двигателя по нагреву необходима и проводится следующим образом:

1) по заданной нагрузочной диаграмме рассчитывают ПВ_ф и эквивалентную мощность Р_э (по одному из методов эквивалентных величин);

2) приводят рассчитанную мощность Р_э к ближайшей нормативной величине ПВ_н по формуле ;

3) по каталогу подбирают электродвигатель, номинальная мощность которого Р_н ≥ , а номинальное значение угловой скорости ω_н и исполнение соответствуют требуемым. Далее выбранный двигатель проверяют на перегрузочную способность (и по пусковым условиям для АД), как и для двигателей при продолжительном режиме работы с переменной нагрузкой.

От электродвигателя, предназначенного для продолжительного режима работы, но используемого для повторно-кратковременной нагрузки, требуется, чтобы он развивал необходимую наибольшую мощность при обработке детали и не перегревался свыше нормы при обработке любого числа деталей. Поэтому мощность электродвигателя в данном случае рассчитывают по перегрузке и по нагреву, как и для продолжительного режима с переменной нагрузкой, при этом для расчета номинальной мощности двигателя по нагреву могут быть использованы методы эквивалентного тока, эквивалентного момента и средних потерь (метод эквивалентной мощности здесь не применим, так как в течение всего времени цикла не соблюдается пропорциональность между током электродвигателя и его мощностью).

Для подъемно-транспортных механизмов следует выбирать специальные крановые электродвигатели, так как они предназначены для использования в тяжелых условиях работы (частые пуски, торможения, колебания нагрузки, превышающие номинальную) и имеют повышенные максимальный и пусковой моменты.

Один и тот же электродвигатель для разных ПВ имеет различную номинальную мощность: чем больше ПВ, тем меньше мощность. Пересчет номинальной мощности электродвигателя с одного значения ПВ на другое осуществляется на основе приближенного равенства

× ПВ₁₅ ≈ × ПВ₂₅ ≈ × ПВ₄₀ ≈ × ПВ₆₀.

Повторно-кратковременный режим характерен и для электроприводов металлорежущих станков, обрабатывающих однотипные детали, когда цикл содержит паузы, необходимые для смены заготовки и измерений детали. Мощность электродвигателя при этом целесообразно определять по методу (формуле) средних потерь:

∆Р_э = ∑ ∆А_i / t_ц, (15.1)

где ∆А_i – потери энергии на каждом значении нагрузки, включая процессы пуска и торможения.

Когда электродвигатель не работает (t₀ на рис. 15.1), условия его охлаждения значительно ухудшаются. Это обстоятельство учитывают введением экспериментальных коэффициентов (β₀ < 1) ухудшения охлаждения, умножая время t₀ на β₀. Тогда в (15.1) знаменатель уменьшается, а эквивалентные потери и номинальная мощность электродвигателя увеличиваются.

У АД защищенного исполнения с n₀ = 1500 об/мин и Р_н = 1...100 кВт коэффициент β₀ = 0,5...0,2 (с увеличением Р_н коэффициент β₀ убывает), у АД с обдувом β₀ = 0,45...0,3, у закрытых АД β₀ = 0,98...0,93.

Во время пуска и торможения средняя скорость вращения электродвигателя ниже номинальной, охлаждение двигателя ухудшается. Поэтому в формуле (15.1) ухудшение охлаждения учитывается путем умножения времени пуска t_п и торможения t_т на коэффициент

β₁ = (1 + β₀) / 2.

Расчет номинальной мощности электродвигателя при кратковременном режиме работы. Вспомогательные электроприводы станков (установочные перемещения суппортов, бабок, поперечин и др.) обычно работают в кратковременном режиме нагрузки. Продолжительность работы вспомогательных приводов обычно не превышает 5...15 с (1...1,5 мин у крупных станков). За это время при перегрузке в допустимых пределах электродвигатель не успевает нагреться даже до нормального перегрева. Номинальную мощность электродвигателя в кратковременном режиме работы определяют только по условиям перегрузки, а затем проверяют по пусковому моменту. Мощность, расходуемая на преодоление сил трения при перемещении горизонтально движущегося узла:

Р_трF_тр × ν × G × μ × ν × кВт

где F_тр – сила трения, Н;ν – скорость, м/с;

G – сила тяжести (вес) перемещаемого узла, Н;

μ – коэффициент трения движения.

Мощность на валу электродвигателя

Р_н = Р_тр / (λ × η) = Р / λ,

где λ – коэффициент допустимой перегрузки.

Приближенно можно считать, что характеристика АД в рабочей части прямолинейна. Тогда угловая скорость электродвигателя при работе с перегрузкой

ω_λ = ω₀ × (1 – λ × s_н),

где ω₀ = π n₀ / 30 – синхронная угловая скорость АД;

s_н – номинальное скольжение.

Момент АД при перегрузке

М = Р × 10³ / (ω₀ × (1 – λ × s_н), Н∙м.

Момент сил сопротивления в начале пуска больше, чем во время его работы:

М_со = Р × 10³ × μ₀ / (ω₀ × μ × (1 – λ × s_н)) Н∙м,

где μ₀ – коэффициент покоя.

Выбор мощности АД сводится к следующему. Пользуясь формулой для Р_н, по каталогу подбирают электродвигатель, затем вычисляют момент М_со и сопоставляют его с пусковым моментом 0,9² × М_п. Если выполняется условие 0,9² × М_п > М_со, выбранный электродвигатель пригоден.

Рис. 15.1. Нагрузочный график P = f (t)