Elektros Variklių Parinkimas Darbo Mašinoms

I. Elektros variklių įšilimas.Variklyje nuostolių energija virsta šiluma. Jam įšylant, dalis šilumos patenka į

aplinką. Kai visa susidariusi šiluma patenka į aplinką, nusistovi pastovi variklio temperatūra.

Variklio įšilimo lygtis:

τ = τn[1-e- ]+τpr*e-

(1)

čia: τ – variklio virštemperatūris, oC. τn – nusistovėjęs variklio virštemperatūris, oC. τpr – pradinis variklio virštemperatūris, oC. τi – išilimo laiko konstanta, s. t – įšilimo laikas, s.

Variklio įšilimo lygtyje duotų dydžių reikšmės:

τn= ir Ti=

čia: Q – šiluma, išsiskirianti variklyje per 1s. C – variklio šiluminė talpa, t.y. šilumos kiekis, reikalingas varikliui įšilti 1 oC. A – atiduodamos šilumos koeficientas, t.y. šilumos kiekis, patenkantis į aplnką per

1s, kai variklio ar aplinkos temperatūrų skirtumas yra 1 oC.Variklio vėsimo lygtis:

τ = τ2n[1-e- ]+τ1n*e- (2)

čia: τ1n - variklio virštemperatūris vėsimo pradžioje. τ2n – variklio virštemperatūris vėsimo pabaigoje. Tv – vėsimo laiko konstanta, s. Tį = Tv – uždariems varikliams, kai į aplinką patenkanti šiluma vienoda varikliui

šylant ir vėstant. Tv > Tį

[Tv (2-2,5) Tį] – apsaugoto tipo uždariems ventiliuojamiems varikliams.Variklio virštemperatūris apskaičiuojamas pagal formulę:

τ = Q-Qo (2a)

čia: O – variklio temperatūra, oC. Oo – aplinkos temperatūra, oC.Paprastai variklio pase nurodomi parametrai esant Oo=35 oC.

II. Elektros pavarų darbo rėžimaiPagal įšilimo sąlygas skiriami trys pagrindiniai darbo rėžimai:

1.Ilgalaikio darbo rėžimas.Per darbo laiką variklio virštemperatūris pasiekia nusistovėjusia reiksme τn. Darbo metu variklio apkrova nesikeičia arba pulsuoja ne daugiau kaip 25%. Toks režimas vadinamas

ilgalaikiu darbo rėžimu su pastovia apkrova. Jei apkrova pulsuoja daugiau kaip 25% PN, toks režimas vadinamas ilgalaikiu darbo režimu su kintama apkrova. 2. Trumpalaikio darbo rėžimas. Per darbo laiką variklio virštemperatūris nespėja pasiekti nusistovėjusios reikšmės τn, o per pauzę sumažėja iki aplinkos virštemperatūrio τo. Viso ciklo laikas tc= td+to

čia: tc – ciklo laikas td – darbo laikas to – pauzės laikasTrumpalaikiu laikomas toks rėžimas, kai td 0,1tc.

Standartai numato tokias darbo laiko trukmės reikšmes:td = 10; 30; 60; 90 min.Esant ilgesnėms darbo laiko reikšmėms, kai td = (4-5)Ti, vėl turėsime ilgalaikio darbo rėžimą su kintama apkrova. 3. Trumpalaikio kartotinio darbo rėžimas .Darbo metu variklio virštemperatūris nepasiekia nusistovėjusios reikšmės τn. Pertraukos metu virštemperatūris nespėja sumažėti iki aplinkos virštemperatūrio τo.Šį režimą charakterizuoja santikinė įjungimo trukmė ε.

ε = = ; arba procentinė įjungimo trukmė ĮT% =ε*100%

Standartuose nurodomos tokios vertės ĮT% = 15; 25; 40; 60% Beto būtina, kad būtų tc 10 min.Kai ε<0,1 bus trumpalaikio darbo rėžimas.Kai ε>0,6 bus ilgalaikio darbo rėžimas.

III.Elektros variklių parinkimas darbui ilgalaikiu režimuIlgalaikiam darbui variklis parenkamas priklausomai nuo apkrovos tipo.

Ilgalaikio darbo rėžimas su pastovia apkrova.

Tokiu atveju PN= čia: PN – ieškoma variklio galia kW. PV – mechanizmo pastoviosios apkrovos galia arba iki 25% kintamosios apkrovos

vidutinė galia kW. q – pavaros naudingumo koeficientas.Mechanizmo apkrovos galią PV galima apskaičiuoti pagal formules(gerai žinome mechanizmų) arba nustatyti ekspermentiškai pagal panašius jau naudojamus mechanizmus.Siurblių variklių galia:

PN= *10-3 , kW.

čia: V – siurblio našumas, m3/s. γ – skysčio lyginamasis svoris, N/m3. H – skaičiuotinas pakėlimo aukštis, m. qs – siurblio naudingumo koeficientas. qp – pavaros mechaninės perdavos naudingumo koeficientas.H=H1+H2+H3+H4; H1 – įsiurbimo aukštis.

H2 – pakilimo aukštis.H3 – slėgio aukštis įvairiems nuostoliams kompensuoti.H4 – laisvo slėgio, užtikrinančio skysčio tekėjimą tam tikru greičiu, aukštis ,m;qs = 0,8-0,9 (stumokliniams siurbliams)qs = 0,5-0,8 (didelio slėgio išcentriniams siurbliams)qs = 0,3-0,6 (mažo slėgio išcentriniams siurbliams)Ventiliatoriaus variklio galia:

PN = *10-3 , kW

čia: V – ventiliatoriaus našumas, m3/s. h – ventiliatoriaus slėgis, N/m2. qv – 0,5-0,8 (galingiems ventiliatoriams) qv – 0,3-0,5 (vidutinės galios išcentriniams ventiliatoriams) qv – 0,2-0,35 (mažos galios ventiliatoriams)Metalo pjovimo staklių pastumų pavarų galia:

PN = *103 ,kW.

čia: F – pjovimo jėga,N. V – pjovimo greitis, m/s. qp – staklių pavaros mechaninės perdavos naudingumo koeficientas. Ilgalaikio darbo rėžimas su kintamąja apkrova.

Pradžioje pagal vidutinę apkrovos diagramos galią Pvid, atsižvelgiant į mechaninės perdavos naudingumo koeficientą qp, iš katalogų preliminariai parenkamas variklis.

PN = k*

čia: k=(1,1-1,3) – atsargos ko0eficientas.

Pvid =

čia: ti – apkrovos diagramos laiko intervalai, s. Pi – naudojama galia atitinkamu laiko intervlu, kW.

i - 1, 2, 3..., nPreliminariai parinkto variklio įšilimas tikrinamas vidutinių nuostolių, ekvivalentinės srovės, momento arba galios metodais. Vidutinių nuostolių metodas gali būti naudojamas tada, kai darbo metu kinta variklio rotoriaus varža (dvigubo narvelio asinchroniniams varikliams). Tada apskaičiuojami galios nuostoliai atitinkamu laiko intervalu.

P=(1-qi)Pi čia: qi – variklio naudingumo koeficientas esant apkrovai Pi apskaičuojamas pagal formuę arba gaunamas iš grafiko q=f(P), pateikiamo kataloge.

qi =

čia: qN – nominalusis variklio naudingimokoeficientas. xi = Ii/IN=Mi/MN=Pi/PN

a = Pp/ Pk,N – pastoviųjų nuostolių koeficientas. Ii; Mi; Pi – variklio apkrovos srovė, momentas, galia. Pp – pastovieji variklio nuostoliai, kW. Pk,N – nominalieji kintamieji nuostoliai,kW.Preliminariai parinktas variklis tinka, jei Pvid PN.čia: PN – nominalieji variklio nuostoliai,kW.

Pvid = ∑ Pi* ti/∑ti

P.S. Kai variklio rotoriaus (inkaro) grandinės varža nekinta (R = const), variklis parenkamas – ekvivalentinių srovių, momentų ar galių metodais.

Ekvivalentinės srovės metodas.Parenkami varikliai nuosekliojo ir lygegriačiojo žadinimo (kai keičiamas žadinimas) nuolatinės srovės, taip pat ir asinchroniniai varikliai.Ekvivalentinės srovės metodu tikrinamas vidutinei galiai preliminariai parinktas variklis. Iš apkrovos grafiko I=f(t) nustatoma ekvivalentinė variklio apkrovos srovė Iekv.

Iekv=

(3)

Preliminariai parinktas variklis tinka, jei Iekv IN.čia: IN – preliminariai parinkto variklio nominalioji srovė, A.

Ekvivalentinio momento metodas.Variklis parenkamas, kai R=const ir ir variklio žadinimas N=const. Šis metodas paprastesnis lyginant su prieš tai aprašytu. Jis taikomas parenkant nepriklausomo (lygegriačiojo) žadinimo nuolatinės srovės ir asinchroniniams variklius, dirbančius tiesinėje mechaninės charakteristikos dalyje.Iš apkrovos grafiko M=f(t) nustatomas ekvivalentinis variklio apkrovos momentas Mekv.

Mekv =

(4)

Parinktas variklis tinka, jei Mekv MN.čia: MN – nominalusis parinktojo variklio momentas, N*m.

Ekvivalentinės galios metodas .Variklis parenkamas, kai R=const, variklio žadinimas N=const ir mechanizmas sukasi pastoviu greičiu ωM const.Šis metodas paprasčiausias. Jį taikant, iš apkrovos grafiko P=f(t) nustatoma ekvivalentinė variklio apkrovos galia Pekv.

Pekv =

(5)

Parinktas variklis tinka, jei Pekv PN.čia: PN – nominalioji parinkto variklio galia, kW.Jeigu aplinkos temperatūra skiriasi nuo Q=35 oC, tai patikslinama leidžiamoji variklio apkrovos galia.

Pl = PN

čia: τN – nuo apvijų izoliacijos klasės priklausantis leidžiamas variklio virštemperatūris, oC.

Jeigu (3); (4) ir (5) formulėse kuris nors intervalas ti atitinka paleidimo stabdymo ar pauzės rėžimus, tai variklyje prieš atitinkamo laiko intervalą reikia rašyti daugiklį – koeficientą β.Pauzės intervalui – β= βo=Ti/TV čia: TV – variklio vėsimo laiko konstanta, s.Paleidimui ar stabdymui – β= βp= βst=(1+βo)/2Dažnai perskaičiavimams priimamos šitokios koeficiento βo vertės:1. Varikliams su nuosavais aušinimo ventiliatoriais ant veleno galo:

βo=(0,25-0,35) – atviriems ir uždariems varikliams.βo=(0,30-0,55) – uždariems, apipučiamiesiams varikliams.

βo=(0,70-0,98) – uždariems, neapipučiamiesiams varikliams. 2.Nepriklausomos ventiliacijos varikliams su atskiru ventiliatoriumi - βo=1.Po parinkimo išilimo sąlygoms variklį būtina patikrinti perkrovos sąlygoms:Nuolatinės srovės varikliams Imax/IN imax,l.Kintamosios srovės varikliams Mmax/MN qmax,l.čia: imax,l – leidžiama variklio santykinė maksimalioji srovė (ne mažesnė kaip (imax,l = 2-

2,5)) qmax,l = leid=iamas variklio santykinis maksimalusis momentas (Mmax.l = 1,7-2,5)Leistinos įvairių tipų variklių santykinės srovių ir momentų vertės nustatomos iš katalogų.Jeigu įšilimo sąlygas tenkinantis variklis netenkina perkrovos sąlygų, jį reikiaparinkti pakartotinai, įvertinant tik perkrovos sąlygas.

IV. Elektros variklių parinkimas trumpalaikiui kartotinui darbui.Darbui šiuo rėžimu traukos ir kėlimo mechanizmams parenkami specialieji varikliai (ĮT%=15; 25; 40; 60%). Kitokiems mechanizmams gali būti panaudoti ilgalaikiam rėžimui skirti varikliai, kuriuos darbo metu galima apkrauti daugiau negu leidžiama. A. Specialiųjų trumpalaikio kartotinio darbo variklų parinkimas.Parenkant specialiuosius variklius, iš apkrovos diagramos nuststoma faktinė įjungimo trukmė.

εf =

(6)

čia: to – ciklo pauzės laikas, s.Toliau iš apkrovos diagramos [I=f1(t); P=f2(t) arba M=f3(t)] pagal (3) (4) (5) formules apskaičiuojamas ekvivalentinis mopmentas (srovė arba galia), tačiau šiose formulėse

neatsižvelgiama į pauzės laiką, nes jį įvertina įjungimo trukmė ε. Dažnai, apskaičiavus faktinę εf, gaunama nestandartinė reikšmė, t.y. εt εst. Nestandartinę įjungimo trukmę atitinkančią apkrovos ciklo galią (momentą) reikia perskaičiuoti standartinei galiai (momentui).

Pst=Pekv (7)

arba Mst=Mekv (8)

Tada variklis parenkamas taip, kad Pst PN arba Mst M, o variklio ĮT%=εst*100%.Jeigu reikalingas didesnis tikslumas, skaičiuojama pagal formulę:

Pst=Pekv (9)

Jei pasikartojančio darbo ciklų trukmės nevienodos, variklis parenkamas pagal vidutinę įjungimo trukmės reikšmę.

εvid = εt; εvid = (10)

čia: td – visų darbo ciklų suminė trukmė, s. to – visų pauzių suminė vertė, s.Jei darbo ciklo apkrovos diagrama yra laiptuota, tada variklį reikia patikrinti perkrovos sąlygoms pagal pauzės intervalui reikalingą koeficientą β=βo=Ti/ Tv, kur Tv – variklio vėsimo laiko konstanta, s arba paleidimui ar stabdymui:

β= βp= βst=(1+ βo)/2 formules. B Ilgalaikio darbo varikli ų parinkimas trumpalaikio kartotinio darbo rėžimui . Jeigu pasikartojančio darbo rėžimui naudojami varikliai, skirti ilgalaikiam darbui, jie parenkami naudojantis vidutinių nuostolių metodu pagal šią formulę:

Pvid=

(11)

čia: Ap – nuostoliai, paleidžiant variklį, I. Ap – nuostoliai, stabdant variklį, I. tp – variklio paleidimo laikas, s. tst – variklio stabdymo laikas, s. to – pauzės laikas, s.Ilgalaikio darbo variklius trumpalaikiam kartotiniui darbui galima parinkti ir ekvivalentinės srovės metodu, naudojant terminės ir mechaninės perkrovos koeficientus pt ir pm.

pt =

(12)

pm = (13)

Ilgalaikiam kartotiniam darbui parenkant dažnai įjungiamus (kelis šimtus kartų per valandą) asinchroninius variklius su trumpai sujungtu rotoriumi, dar reikia patikrinti jų leidžiamą įjungimų per valandą skaičių Zl.

zl =

(14)

Preliminariai parinktas variklis tinka, jei zf zf.

čia: zf – taktiškas įjungimų skaičius per valandą.

V. Elektros varikių parinkimas trumpalaikiam darbui. Parinkimo metodas priklauso nuo to, koks variklis parenkamas šiam rėžimui: specialusis trumpalaikio darbo (darbo trukmė td = 10; 30; ar 90 min.) ar ilgalaikio darbo. A. Specialiųjų trumpalaikių darbo variklių parinkimas. Iš pavaros apkrovos diagramos, pagal Iekv, Mekv arba Pekv formules, apskaičiuojami šie dydžiai, tik šiose formulėse neatsižvelgiama į pauzės laiką.Variklis parenkamas pagal ekvivalentinę apkrovą taip, kad Iekv IN, Mekv MN, Pekv PN, o darbo laikas būtų artimas standartiniam, t.y. td.f tst. B. Ilgalaikio darbo variklių parinkimas.Šiuo atveju varikliai taip pat parenkami apskaičiavus ekvivalentinę apkrovą, atsižvelgiant į mechaninės perkrovos koeficientą pm ir terminės perkrovos koeficientą pt.Variklio galia ar momentas parenkami pagal formules.

PM=Pekv/Pm arba MM=Mekv/Mm Variklis parinktas teisingai, jei PM PN arba MM MN. Liaką, per kurį variklis gali dirbti perkrautas, galimaapskaičiuoti iš formulės td = Tį*ln*Pt/Pt-1

čia: pt=1/1-e