Режимы работы электродвигателей

Режимы работы электродвигателей

Электродвигатели могут сидеть в разных режимах, которые различаются сроком рабочего цикла, характером и величиной нагрузки, величиной потерь на разных этапах работы и способом охлаждения.

Существует масса комбинаций этих параметров. Те из этих сочетаний, которые являются наиболее востребованными и повсеместно применяются на практике, составляют этак называемые номинальные (типовые) режимы.

Распорядок работы электродвигателей можно обрисовать разными способами. Во-первых, численно. Подобный способ применяется, когда нагрузка электродвигателя остается постоянной или ее изменение заране задано. Во-вторых, для этого может использоваться график зависимости каких-то характеристик двигателя от времени.

В-третьих, потребитель может избрать одинешенек из номинальных режимов сообразно техническому паспорту – металлической табличке на щитке электродвигателя, в которой указаны образ, номер, мощность, КПД, а также рекомендуемый распорядок работы (в виде аббревиатуры от S1 до S8).

В типовых режимах должны сидеть серийные электродвигатели, при этом безотказная и надежная труд машины гарантируется производителем в том случае, если двигатель эксплуатируется в указанном в его паспорте режиме при номинальной нагрузке.

Скорый выход из строя, будто правило, связан собственно с тем, что электрическая машина была выбрана без учета необходимого номинального режима. К примеру, может сгореть двигатель грузоподъемного механизма с частыми пусками, если он был рассчитан на более легкие обстоятельства эксплуатации.

При условии правильной эксплуатации двигатель может сидеть до 20 лет без капитального ремонта. Значительное уменьшение срока службы, связанное с ранним разрушением изоляции, связано с превышением допустимой температуры.

Существует несколько номинальных режимов, описанных МЭК (Международной электротехнической комиссией) и принятых ГОСТом. Базовыми режимами являются первые три (S1, S2 и S3). Отечественные производители отмечают в паспортах данные собственно для этих режимов.

Более сложные обстоятельства требуют использования режимов S5 — S8 (торможение, переменная нагрузка, реверсирование). Базовая характеристика нагрузочных режимов – это выделение тепла.

Эксплуатация электрической машины сопровождается ее нагревом, это объясняется происходящими в ней процессами.

Продолжительный распорядок работы S1

Большинство машин рассчитано на распорядок S1. Он подходит для двигателей конвейеров, компрессоров, насосов, вентиляторов, транспортеров. Для него свойственна постоянная нагрузка без перерыва, до достижения теплового равновесия. Это означает, что все части двигателя нагреваются, и температура приобретает постоянное резон.

Кратковременный режим работы S2

На определенном этапе машина работает при постоянной нагрузке (10, 30, 60 и 90 мин). Этого срока недостаточно для получения теплового равновесия. Затем наступает остановка, отключение и охлаждение. Подобный порядок характерен для электроприводов вентилей и шлюзов.

Повторно-кратковременный распорядок работы S3

Используется в подъемниках и кранах. Для него характерно повторение одинаковых этапов работы и последующей остановки машины. Температура не успевает достигнуть постоянного значения, а за пора остановки машина не успевает целиком остынуть. Цикл ограничивается 10 минутами.

Распорядок S4

Отличается продолжительным периодом пуска. Содержит повторяющиеся серии, в каждой из которых двигатель запускается, работает при постоянной нагрузке, затем остывает (однако не целиком). Максимально вероятный нагрев также не происходит. Существенным для этого режима является учет потерь во пора запуска, которые обеспечивают превышение температуры отдельных частей машины.

Распорядок S5

Включает в себя серию одинаковых циклов, в каждом из которых двигатель продолжительный срок запускается, работает, осуществляет быстрое торможение и затем охлаждается. На нагрев влияют потери не лишь при запуске, однако и при замедлении работы.

Распорядок S6

Это ряд повторяющихся циклов работы, когда машина не достигает постоянной температуры, однако также и не остывает. Этап каждого цикла не более 10 минут. Машина вначале работает с постоянной нагрузкой, затем на холостом ходу.

Распорядок S7

Это серия повторяющихся циклов, которые содержат продолжительный пуск, неизменную номинальную нагрузку и быстрое электрическое торможение. Отличается отсутствием остановок. Сроки работы не этак велики, чтобы достичь теплового равновесия. При торможении наблюдаются существенные потери, которые обеспечивают нагрев машины.

Распорядок S8

Это сложный режим, включающий серию повторяющихся циклов, в течение которых осуществляется труд на нескольких различных уровнях нагрузки и скорости без остановки. Тепловое равновесие не достигается.

Об устройстве электродвигателя и принципе его работы вы можете разузнать в следующей статье.

работы Режимы электродвигателей 2015-09-19

Источник: http://olimp23.com/poleznye-sovety/rezhimy-raboty-elektrodvigatelej

Режим работы электродвигателей

Так как электродвигатель – главный элемент электропривода, рассмотрим основные режимы его работы.

На валу электродвигателя исполнительным механизмом создается тормозной момент Мт. Чтобы двигатель продолжал устойчивое вращение, он должен развивать вращающий момент М, равный по значению тормозному моменту Мт.

Различные механизмы, вращаемые электродвигателœем, могут создавать постоянный или изменяющийся во времени тормозной момент, то есть потребляют постоянную или изменяющуюся по значению мощность. Потребляемая исполнительным механизмом мощность Р – это мощность на валу электродвигателя, то есть его полезная мощность.

Подводимая к двигателю электрическая мощность Рс больше мощности Р на значение потерь Рп в электродвигателœе. Эти потери мощности затрачиваются на нагревание обмоток, стали магнитопровода, других частей двигателя.

При постоянной мощности на валу двигателя происходит постоянное выделœение теплоты и температура частей двигателя повышается. С ростом температуры увеличивается теплоотдача в окружающую среду.

При достижении некоторого значения температуры происходит выравнивание теплоты, выделяющейся в двигателœе, и теплоты, отдаваемой в то же время в охлаждающую среду.

При этих условиях прекращается повышение температуры, она достигает установившегося значения.

В случае если принять, что в тепловом отношении электрический двигатель – однородное тело, то можно написать уравнение теплового баланса двигателя:

где Q – количество теплоты, выделяемое в двигателœе в единицу времени, Дж/с; С – теплоемкость двигателя – количество теплоты, крайне важно е для повышения температуры двигателя на 1 °С, Дж/°С; А – теплоотдача двигателя – количество теплоты, отдаваемой двигателœем в охлаждающую среду в единицу времени при разности температур в 1 °С, Дж/(с·°С); υ – превышение температуры двигателя над температурой охлаждающей среды, °С; t – время, с.

Разделяя переменные в уравнении теплового баланса, имеем

После интегрирования этого уравнения получим

Обозначим υ0 превышение температуры двигателя над температурой охлаждающей среды в момент t=0. С учетом этого условия из предыдцщего уравнения получаем

где Т=С/А – постоянная времени.

При нагреве двигателя за время t→∞ превышение температуры двигателя над температурой охлаждающей среды принимает установившееся значение υу и из предыдущего уравнения получаем, что

С учетом этого равенства

Из этого выражения видно, что превышение температуры двигателя увеличивается во времени по экспоненциальному закону.

За промежуток времени превышение температуры двигателя достигает значения, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ лишь на 2% меньше установившегося.

По этой причине ко времени t=4Т процесс нагрева двигателя можно считать законченным (у маломощных двигателœей открытого исполнения постоянная времени Т составляет 20—30 мин).

Чем больше мощность, развиваемая двигателœем, тем больше ток в рабочих обмотках, а следовательно, большее количество теплоты выделяется в двигателœе и, тем большее значение имеет установившаяся температура.

Следовательно, установившаяся температура υу зависит от мощности Р на валу двигателя. На рисунке показано, как с изменением мощности (по сравнению с номинальной) меняется значение υу.

Изменение во времени превышения температуры двигателя над температурой охлаждающей среды при разных мощностях нагрузки (P2ном – номинальная мощность на валу двигателя)

При отключении двигателя от электрической сети Q=0 и из (15.2) получим

то есть превышение температуры двигателя над температурой охлаждающей среды уменьшается по экспоненциальному закону.

Изменение превышения температуры двигателя при его охлаждении

В случае если при включении двигателя его температура была равна температуре окружающей среды, то υ0=0.

Такие условия имеют место тогда, когда двигатель включают под нагрузку после длительной остановки.

В случае если включить двигатель, когда после отключения его температура еще не успела уменьшиться до температуры охлаждающей среды, то υ0> 0 и изменение υ происходит по другому закону

Изменение превышения температуры двигателя при разных значениях температуры охлаждающей среды

Механические устройства, приводимые во вращение двигателœем, в процессе работы создают различные тормозные нагрузки на его валу, начиная от режима холостого хода, когда Р=0, и кончая номинальным режимом, когда Р=Рном, или даже режимом перегрузки, когда Р>Рном По этой причине кривые, соответствующие изменению мощности во времени, называемые графиками нагрузки двигателя, бывают самыми различными. Все разнообразие графиков нагрузки можно объединить в три группы, которые определяют три базовых режима работы двигателя: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Продолжительным режимом работы принято называть такой режим, когда двигатель работает с неизменной нагрузкой такое долгое время, что превышение температуры υ двигателя достигает значения υу. Вид графиков нагрузки продолжительного режима приведен на рисунке.

Графики нагрузки продолжительного режима работы двигателœей: а) – при постоянной нагрузке; б) – при изменяющейся нагрузке

В этом режиме с постоянной нагрузкой работают электродвигатели, приводящие во вращение насосы, вентиляторы, компрессоры, воздуходувные установки, бумагоделательные машины и т. д.

При кратковременном режиме двигатель вначале работает короткий промежуток времени, за который не успевает нагреться до установившейся температуры, затем следует длительный период, когда двигатель не работает и охлаждается до температуры окружающей среды.

Кратковременный режим работы характерен для двигателœей редко работающих механизмов, таких, как затворы шлюзов, подъемные механизмы разводных мостов, механизмы убирающихся шасси самолетов и т. д.

Вид графиков нагрузки двигателя кратковременного режима приведен на рисунке.

Графики нагрузки кратковременного режима

Повторно-кратковременным режимом работы двигателя принято называть такой режим, при котором периоды работы под нагрузкой чередуются с периодами отключения машины, причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышение температуры могло достигнуть установившегося значения.

В повторно-кратковременном режиме работает большая группа электродвигателœей, приводящих в движение подъемно-транспортные механизмы, прессы, штамповочные машины, металлообрабатывающие станки. Пример графика нагрузки повторно-кратковременного режима приведен на рисунке.

График нагрузки повторно-кратковременного режима

Показанное на этом же рисунке изменение превышения температуры υ двигателя представляет собой линию, состоящую из чередующихся отрезков нагрева в периоды работы двигателя под нагрузкой и охлаждения в периоды пауз. В каждый следующий период работы двигателя температура его увеличивается, но не достигает установившегося значения.

Время цикла повторно-кратковременного режима складывается из промежутка времени работы двигателя и промежутка паузы t0.Режим считается повторно-кратковременным, в случае если время цикла tц≤10 мин. В случае если время цикла больше, то режим считается продолжительным.

Условия работы двигателя в повторно-кратковременном режиме зависят от соотношения времени работы двигателя и времени паузы.

Для графика нагрузки этого режима введено понятие продолжительности включения (ПВ), под которой принято понимать отношение времени работы двигателя ко времени цикла (%):

Читайте также:  Базовые элементы автоматики

Стандартные значения ПВ составляют 15, 25, 40 и 60%.

  • — Режим работы электродвигателей

    Так как электродвигатель – главный элемент электропривода, рассмотрим основные режимы его работы. На валу электродвигателя исполнительным механизмом создается тормозной момент Мт. Чтобы двигатель продолжал устойчивое вращение, он должен развивать вращающий момент М,… [читать подробнее].

  • Источник: http://referatwork.ru/category/matematika/view/145309_rezhim_raboty_elektrodvigateley

    Режимы работы электрических машин

    Электрической машиной называется устройство, служащее для преобразования механической энергии в элек­трическую или, наоборот, электрической энергии в механиче­скую. В первом случае машина называется электрическим ге­нератором, во втором случае — электродвигателем.

    В основу работы электрических генераторов положен прин­цип электромагнитной индукции. Известно, что если провод­ник пересекает магнитное поле, то в нем будет наводиться электродвижущая сила (э.д. с.

    ), которая по законам электро­магнитной индукции зависит от интенсивности магнитного по­ля, длины проводника, скорости его движения и угла между вектором поля и вектором движения проводника. Если этот проводник замкнуть, то в цепи появится электрический ток.

    Так как причиной наведения электродвижущей силы в проводнике является пересечение им магнитных силовых линий, той в том случае, когда проводник неподвижен, а движется (из­меняется) магнитное поле, в проводнике также будет наводиться э. д. с.

    Это физическое явление и положено в основу работы элек­трических генераторов. Любой генератор состоит из устройства, служащего для создания магнитного потока (например, элек­тромагнита), и электрической обмотки, в которой наводится э. д. с.

    У генераторов постоянного тока обмотка обычно раз­мещается на вращающейся части, называемой якорем. Якорь располагается между полюсами, создающими магнитное поле. При вращении якоря механическим двигателем в этом магнит­ном поле в обмотке наводится э. д. с.

    , которая прямо пропор­циональна скорости вращения и величине магнитного потока. С помощью коллектора ток подается во внешнюю цепь.

    Аналогичным образом устроены и генераторы переменного тока, только у них основная обмотка, как правило, размещается на неподвижной части, называемой статором, а магнитное по­ле создается полюсами, расположенными на »вращающейся части (роторе).

    Очевидно, что для получения электроэнергии якорь (ротор) генератора должен .вращаться каким-либо двигателем, являю­щимся источникам механической энергии.

    Действие электродвигателей основано на свойстве провод­ника с током двигаться в магнитном поле.

    Известно, что если проводник с электрическим током поместить в магнитное поле, то на него со стороны поля будет действовать сила F, завися­щая от интенсивности магнитного поля, длины проводника и ве­личины тока в нем.

    Таким образом, пропуская электрический ток по обмотке якоря электрической машины, можно заставить его вращаться в магнитном поле.

    Характерным свойством электрических машин является их обратимость.

    Действительно, если якорь машины постоянного тока вращается в магнитном поле полюсов механическим дви­гателем, то машина будет источником электрической энергии.

    Та же машина может использоваться и как источник механи­ческой энергии. Для этого к обмотке якоря с помощью щеток и коллектора нужно подвести электрическую энергию, и якорь придет во вращение.

    Таким образом, для электродвигателей возможны два основ­ных режима работы: двигательный и генераторный, часто называемый также тормозным режимом.

    В двигательном режиме (рис. 1,а) к зажимам электродвигателя подводится электрическая энергия, преобразуемая им в механиче­скую. Создаваемый при этом вращающий момент принято считать положительным, так как направле­ние момента совпадает с направ­лением вращения.

    При работе электродвигателя в тормозном режиме (рис. 1, б) к валу подводится механическая энергия, которая машиной преобразуется в электрическую. Создаваемый при этом вращающий момент будет отрицатель­ным, так как он препятствует вращению машины.

    Любой электродвигатель может работать в любом из этих режимов при определенных условиях.

    При работе в двигатель­ном режиме к валу электродвигателя приложены два момента: момент, развиваемый электродвигателем, и момент, создавае­мый приводимым в движение механизмом.

    Последний называ­ют статическим моментом или моментом сил сопротивления на валу электродвигателя. В дальнейшем момент, развиваемый в двигательном режиме, будем называть вращающим, а момент, развиваемый в генераторном режиме, — тормозным.

    Вращающий момент любого электродвигателя, прямо про­порционален магнитному потоку и току в обмотке якоря (ро­тора).

    Статический момент, создаваемый приводимым механизмом, определяет нагрузку электродвигателя и может быть по­ложительным и отрицательным.

    Статический момент положи­телен, когда его направление совпадает с направлением движе­ния, и отрицателен, когда он направлен против движения. В первом случае статический момент называется движущим, а во вторам — моментом сопротивления.

    Отрицательные статические моменты создаются силами тре­ния, силами сопротивления резанию, сжатию, растяжению и скручиванию неупругих тел, а также силой тяжести при подъе­ме груза. Положительные статические моменты создаются на валу электродвигателя силой тяжести при спуске груза.

    Ста­тический момент может также состоять из нескольких слагае­мых, имеющих разные знаки. Например, при спуске груза си­ла тяжести создает положительный статический момент, а си­ла трения будет создавать отрицательный статический момент.

    Знак результирующего статического момента будет зависеть от величины первого и второго слагаемых.

    Условимся момент, развиваемый электродвигателем (вра­щающий или тормозной), обозначать М, а статический момент (движущий или момент сопротивления) — Mc.

    Когда электродвигатель работает в установившемся режи­ме, т. е. ) при равномерном движении, всегда поддерживается равенство

    ±М=±Мс.(1)

    В общем случае связь между моментом электродвигателя и статическим моментом выражается уравнением

    ±М±Мс = Мj,(2)

    где М — момент, развиваемый электродвигателем, кГм;

    Мс — статический момент, создаваемый механизмом на валу электродвигателя, кГм;

    Мj — динамический или избыточный момент на валу электро­двигателя, кГм.

    Динамический момент является результирующим моментом рассматриваемой механической системы. Он определяется по выражению

    где J — момент инерции движущих частей, приведенный к валу электродвигателя, кГм·сек2;

    d?/dt — угловое ускорение электродвигателя, рад/сек2.

    Угловое ускорение двигателя определяется величиной и зна­ком динамического момента, который может быть ускоряющими тормозным.

    При ±М ± Мс > 0 угловое ускорение d?/dt >0 и, следователь­но, скорость двигателя увеличивается (динамический момент яв­ляется ускоряющим); при ±М=±Мс= 0 угловое ускорение d?/dt = 0 (имеет место установившийся режим работы электродви­гателя); при ±М=±Мс

    Источник: http://vdvizhke.ru/jelektrodvigateli/svojstva-jelektrodvigatelej/rezhimy-raboty-jelektricheskih-mashin.html

    Режимы работы электродвигателей

    Режим работы электропривода определяется длительностью и его харак- тером: продолжительный, кратковременный и повторно- кратковременный.

    Продолжительный режим – это режим работы такой длительности, при которой за время работы двигателя температура всех устройств электропривода достигает установившегося значения. Пример механизмов с длительным режимом работы: вентиляторы, компрессоры, конвейеры непрерывного транспорта и т.д. Нагрузочная диаграмма режима (рис.2.1.)

    При кратковременном режиме рабочий период относительно краток и температура двигателя не успевает достигнуть установившегося режима.

    Перерыв же в работе исполнительного механизма достаточно велик для того, чтобы двигатель успел охладиться практически до температуры окружающей среды.

    Такой режим характерен для работы самых различных механизмов кратковременного действия: шлюзов разводных мостов, подъемных шасси самолетов и т.д.

    При повторно-кратковременном режиме (рис. 2.2.) периоды работы чередуются с паузами (остановка, холостой ход).

    причем ни в одном из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время снятия нагрузки двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

    Типичным примером работы в повторно-кратковременном режиме являются электроприводы металлорежущих станков.

    Длительность одного рабочего периода и паузы называется циклом. Повторно кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения ( ПВ%) , под которой понимают отношение суммарного времени рабочих периодов к времени продолжительности цикла:

    (t 1 + t 2 + t 4 +t 5 ) ·100 t p t p

    ПВ%= =∙ 100= ———·100,

    t 1 + t 2 + t 3 +t 4 + t 5 t p + t 0 t p+ t Ц

    где t p -время работы ; t 0 –продолжительность паузы;

    t Ц – продолжительность цикла.

    Стандартные значения ПВ-15,25,40 и 60%. Например, указанные на щитке двигателя 8 кВт при ПВ-40% означает, что двигатель рассчитан на работу с номинальной нагрузкой 8 кВт в течение 4 минут, а последующее 6 минут должен быть отключён от сети.

    Расчёт мощности двигателя при повторной кратковременной работе электропривода выполняют по нагрузочной диаграмме механизма предварительным расчётом эквивалентной рабочей мощности и действительного значения ПВ. Затем эквивалентную мощность РЭ РАБ . пересчитывают для ближайшего стандартного значения ПВ НОМ :

    PЭ РАБ.= P12t1+ P22 t2+ …….+PК2tК ;

    t1+ t2 ………..+t К Р = PЭ РАБ.= ПВ%

    ПВ НОМ%

    По каталогу выбирают двигатель с номинальной мощностью PН при ПВНОМ так, чтобы PН >P. Выбранный двигатель проверяют по перегрузочной способности и пусковому моменту.

    Расчет электрической линии включает определение сечение провода, которое обеспечивало бы нормальную работу двигателя, питаемого этой линией.

    Сечение проводов рассчитывают по двум условиям – нагреву и отклонению напряжения.

    Выбор сечения проводов по условиям нагрева с помощью таблиц заключается в сравнении длительно допустимого тока (Iдоп.) для данного сечения провода, взятого из таблиц, с расчетным значением тока (Iрасч.).

    При этом должно соблюдаться условие: Iдоп. ³ Iрасч.

    При изменении нагрузки происходит колебание напряжения у потребителя. Допустимые отклонения напряжения в процентах от номинального напряжения сети на зажимах электродвигателя составляют 5%.

    В общем виде формула для определения потери напряжения в линии:

    DU% = PL/CS,

    где Р – нагрузка, кВт; L – длина линии, м; S – сечение провода, мм2.

    Значения коэффициента С для различных случаев приведены в табл.4

    Основными причинами аварийных режимов электроустановок являются короткие замыкания и перегрузки. Для защиты электроустановок от ненормальных режимов работы применяют защитные аппараты – плавкие предохранители и автоматические выключатели.

    Ток плавкой вставки предохранителя, служащего для защиты проводов от токов короткого замыкания, должен удовлетворять соотношению:

    , где

    Iном.пл.вст. – номинальный ток плавкой вставки;

    Iдоп. – допустимый ток по условиям нагрева для защищаемого провода.

    Плавкую вставку для защиты электродвигателя выбирают по условию:

    Iном.пл.вст. ³ , где

    Iпуск. – пусковой ток электродвигателя;

    a — коэффициент кратковременной перегрузки плавкой вставки;

    a = 2,5 – для двигателей, пускаемых без нагрузки;

    a = 2,0 – для двигателей, пускаемых под нагрузкой;

    a = 1,6 – для двигателей с затяжным пуском.

    Рекомендуемые страницы:

    Воспользуйтесь поиском по сайту:

    Источник: https://megalektsii.ru/s22727t8.html

    Устройство автомобилей


    

    При эксплуатации автомобиля постоянно меняется режим работы двигателя. При этом под режимом работы двигателя понимается частота вращения коленчатого вала и развиваемая им мощность, т. е. тяговое усилие.

    Мощность двигателя, которая расходуется на преодоление сопротивлений, возникающих при движении автомобиля (сопротивление дорожного покрытия, воздуха, подъема или спуска, массы перевозимого груза и т. д.

    ) называется нагрузкой.

    Если, например, двигатель при частоте вращения коленчатого вала 3200 об/мин в данных дорожных условиях развивает мощность 40 кВт, то нагрузка двигателя составляет 40 кВт.

    Если максимально возможная мощность двигателя при этой частоте вращения коленчатого вала равна 80 кВт, то нагрузочный режим в данном конкретном случае соответствует 50 %, т. е. двигатель работает в половину своей силы.

    Мощность двигателя завит от положения дроссельной заслонки: по мере ее открытия мощность повышается, и наоборот.

    Когда автомобиль стоит или движется по инерции (что с точки зрения науки Статики – одно и то же), двигатель работает на холостом ходу и развиваемая им мощность должна покрывать только внутренние потери.

    Читайте также:  Дифференциальная защита

    На хороших дорогах и если автомобиль не полностью загружен, двигатель работает на средних нагрузках.

    При движении полностью загруженного автомобиля по плохим дорогам, на крутых подъемах двигатель развивает максимальную мощность.

    Если водитель решил резко повысить скорость движения автомобиля в зависимости от условий движения, мощность двигателя должна быстро нарастать.
    Особые условия работы двигателя имеют место и при его запуске после длительной стоянки автомобиля, т. е. когда двигатель холодный.

    Исходя из перечисленных выше возможных режимов работы двигателя, можно выделить следующие условия, в которых ему приходится выполнять свои функции, и которые следует учитывать, разрабатывая конструкцию системы питания:

    • работа в режиме отсутствия нагрузки (холостой ход);
    • работа в режиме планируемых оптимальных нагрузок (средние нагрузки);
    • работа в условиях длительных повышенных нагрузок (максимальные нагрузки);
    • работа в условиях кратковременных экстремальных нагрузок (разгон, ускорение);
    • пуск холодного двигателя.

    Для каждого из перечисленных режимов мощность двигателя различна, значит, система питания автомобиля должна гибко подстраиваться под сиюминутные требования, диктуемые внешними нагрузочными условиями (масса груза, состояние и профиль дороги и т. п.), намерениями водителя и другими обстоятельствами (например, пуск холодного двигателя).

    Разумеется, нельзя все проблемы взваливать только на систему питания. Некоторую «ответственность» несет и трансмиссия автомобиля, например, коробка перемены передач, но, поскольку мы сейчас рассматриваем систему питания, то нас интересует, каким образом она должна реагировать на характер эксплуатации автомобиля и двигателя в тех или иных условиях.

    

    Решение основных сиюминутных задач и выполнение насущных требований к системе питания обеспечивается регулированием качественных и количественных характеристик горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя.

    Количественные характеристики можно корректировать с помощью дроссельной заслонки (или педали акселератора), а вот качественный состав горючей смеси должен обеспечивать карбюратор.

    При этом должны учитываться следующие требования:

    • пуск холодного двигателя требует очень богатой смеси (0,80 ≤ α ≥ 0,60), поскольку ухудшаются условия распыления и испарения топлива из-за малых скоростей движения горючей смеси и увеличения содержания в рабочей смеси остаточных газов, так как дроссельная заслонка прикрыта;
    • на холостом ходу в цилиндры двигателя следует подавать небольшое количество горючей смеси, но она должна быть слегка обогащенной, чтобы работа двигателя была устойчивой;
    • режим частичных (средних) нагрузок, являющийся основным (оптимальным) режимом работы двигателя характеризуется обедненной рабочей смесью, поскольку в этом режиме двигатель функционирует основную часть времени, и главное требование к данному режиму – максимальная экономия топлива (1,50 ≤ α ≥ 1,15);
    • режим полных (максимальных) нагрузок требует обогащения состава смеси (0,85 ≤ α ≥ 0,90);
    • режим ускорения (экстремальный режим – резкое увеличение мощности двигателя, например, при обгоне), требует значительного обогащения горючей смеси.

    Простейший карбюратор, конструкция которого рассмотрена в этой статье, не способен обеспечить требуемый качественный состав горючей смеси, необходимый для работы двигателя в перечисленных режимах нагрузки.

    Поэтому в конструкциях реальных современных карбюраторов предусмотрены специальные устройства, обеспечивающие корректировку состава горючей смеси в зависимости от постоянно изменяющихся потребностей автомобильного двигателя на различных режимах:

    • корректирующие устройства главных дозирующих систем;
    • приспособления для облегчения пуска двигателя;
    • системы холостого хода;
    • экономайзеры (обогатители);
    • ускорительные насосы (ускорители).

    С особенностями работы и принципом действия этих дополнительных устройств, расширяющих круг возможностей простейшего карбюратора, можно ознакомиться в следующих статьях.

    ***

    Главная дозирующая система и компенсационное устройство

    

    Главная страница

    Специальности

    Учебные дисциплины

    Олимпиады и тесты

    Источник: http://k-a-t.ru/dvs_pitanie/4-rejimy_dvs/index.shtml

    Управление электродвигателями режимы работы электродвигателей

    В процессе выполнения своих функций электродвигатели работают в нескольких режимах: пуск, работа с номинальными данными, торможение и остановка.

    Пуск, торможение и остановка электродвигателя относятся к неустановившимся режимам работы, так как в эти периоды величины, характеризующие работу электродвигателя, постоянно меняются,

    В соответствии с требованиями технологического процесса зачастую возникает необходимость в регулировании частоты вращения машин и механизмов.

    Регулирование можно осуществлять механическими (применение различных муфт, изменение передаточного числа редуктора и т. д.) и электрическими способами (изменение схем включения двигателя, параметров питающей сети).

    При выборе способов регулирования учитываются необходимая точность и стабильность показаний, экономичность, плавность, диапазон.

    Электрические способы регулирования оказались наиболее простыми и точными, позволяющими автоматизировать многие производственные процессы.

    Остановку электродвигателя можно считать как конечный результат уменьшения угловой скорости от (о до 0).

    Для целей регулирования электродвигателей зачастую используют обратимость электрических машин. Так, в периоды пуска машины в работу и производительной работы ее электродвигатель работает по прямому назначению, т. е.

    создает на валу машины вращающий момент, а в периоды, когда необходимо уменьшить скорость или плавно остановить машину, он превращается в генератор электрической энергии, который вращается за счет запасенной машиной кинетической энергии.

    Генерируемая электроэнергия отдается в сеть или гасится в сопротивлениях — электродвигатель тормозит движение машины.

    Таким образом, электродвигатели могут работать в двигательном и тормозном режимах.

    Если направление вращения и момент на валу двигателя совпадают по знаку — это будет двигательный режим. При изображении характеристики в прямоугольной системе координат М и п она будет располагаться либо в I, либо в III квадранте (рис. 8.1).

    Если направление вращения имеет знак « + », а момент — знак «—», или наоборот,— это будет тормозной режим. Графически характеристики будут располагаться либо во II, либо в IV квадранте.

    Существует три способа торможения электродвигателей:

    генераторное (рекуперативное) торможение с отдачей электроэнергии в сеть. Двигатель преобразует кинетическую энергию механизма в электрическую. Режим возможен тогда, когда частота вращения вала двигателя станет больше частоты вращения п0 идеального холостого хода двигателя;

    торможение противовключением происходит тогда, когда двигатель под воздействием сил, действующих со стороны рабочей машины, вращается в направлении, противоположном тому, на которое включены его обмотки;

    динамическое торможение происходит при условии, когда двигатель работает генератором на внешнее сопротивление.

    Источник: http://alyos.ru/enciklopediya/gornaya_tlektrotehnika/upravlenie_tlektrodvigatelyami_rezhimi_raboti_tlektrodvigatelej.html

    Режим работы асинхронного электродвигателя

    При выборе электродвигателя следует учитывать режим работы электродвигателя. В технических каталогах производителей указанны параметры электродвигателя при режиме работы S1 кроме двигателей с повышенным скольжением.

    Электродвигатель работающий в режимах S2 или S3 допускает большую мощность подключения на валу. Например при режиме S2 мощность может быть увеличена на 50 % от номинальной на 10 минут работы электродвигателя, на 25% на 30 минут работы и на 10 % на 90 минут работы.

    Режим работы электродвигателя S3 применяется для электродвигателей повышенного скольжения.

    Международная классификация предусматривает 8 номинальных режимов работы электродвигателя с условными обозначениями S1 — S8.

    Продолжительный режим работы электродвигателя S1 — работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей.

    Кратковременный режим работы электродвигателя S2 — работа машины при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды. 
    Для кратковременного режима работы нормируется продолжительность рабочего периода 15, 30, 60, 90 мин.

    Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя S3— последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.  В этом режиме цикл работы таков, что пусковой ток не оказывает заметного влияния на превышение температуры. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия и не превышает 10 мин. Режим характеризуется величиной продолжительности включения в процентах: 

    Нормируемые значения продолжительности включения: 15, 25, 40, 60 %, или относительные значения продолжительности рабочего периода: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60.

    Для режима S3 номинальные данные соответствуют только определенному значению ПВ и относятся к рабочему периоду.

    Режимы

    работы электродвигателейS1 — S3 являются в настоящее время основными, номинальные данные на которые включаются отечественными производителями в каталоги и паспорт машины.

     

    Номинальные режимы работы электродвигателей S4 — S8 введены для того, чтобы впоследствии упростить задачу эквивалентирования произвольного режима номинальным, расширив номенклатуру последних.

    Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов S4 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей машины, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

    Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, время быстрого электрического торможения и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

    Перемежающийся режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз.

    Перемежающийся режим работы электродвигателя с периодически изменяющейся частотой вращения S8 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждой из которых соответствует своя частота вращения (например, этот режим реализуется при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя). Режим не содержит пауз.

    Источник:

    Источник: http://energo.ucoz.ua/publ/5-1-0-254

    Выбор мощности электродвигателя для повторно-кратковременного режима работы

    Повторно-кратковременный режим работы является наиболее распространенным в современных промышленных системах электроприводов. В данной статье мы постараемся рассмотреть его как можно детальней.

    Идеализированный график повторно – кратковременного режима работы электропривода показан на рисунке ниже:

    Данный режим характеризуется длительностью цикла работы, равного сумме паузы и времени работы tц = a + b, и коэффициентом относительной продолжительности включения, то есть отношением длительности работы к продолжительности цикла:

    ГОСТ требует, чтобы длительность цикла повторно – кратковременного режима не превышала 10 минут, то есть tц < 10 мин. В противном случае это будет длительный режим. Тем же ГОСТ устанавливается и следующие значения коэффициента относительной продолжительности включения: ПВ% = 15%, 25% и 40%.

    Процесс установления температуры изображен на рисунке ниже:

    Читайте также:  Монтаж путевых выключателей и микропереключателей

    Из графика заметно, что температура обмоток электрической машины изменяется по отрезкам экспоненциальных кривых и достигает установившихся колебаний со сравнительно не большими амплитудами.

    Благодаря охлаждению обмоток во время пауз наибольшая температура τ/макс будет меньше τмакс, которая бы имела место при длительной работе с потерями повторно-кратковременного режима Qпк. Температура перегрева τ/макс соответствует потерям длительного режима работы Qɷ, так как τ/макс = Qɷ / А. Потерям Qпк соответствует повышение температуры τ/макс = Qпк / А.

    Таким образом, электродвигатель длительного режима за счет наличия охлаждения во время пауз может работать в повторно – кратковременном режиме с коэффициентом термической перегрузки равным:

    Выясним факторы, определяющие коэффициент термической перегрузки. Для этого рассмотрим процесс нагрева в период работы и охлаждения во время паузы в установившемся режиме. Превышение температуры в конце рабочего участка будет равно:

    Температура в конце паузы понизится до:

    Следует иметь ввиду, что во время паузы, в случае ухудшения условий теплоотдачи во внешнюю среду, постоянная нагрева будет несколько больше, то есть Θ0>Θ. Подставив в выражение (1) значение τмин из выражения (2) получим:

    Решая (3) относительно τ/макс, будем иметь:

    Коэффициент термической перегрузки:

    Преобразуем показатель степени у экспоненциальной функции числителя:

    Выражение, стоящие в скобках, представляет обратную величину приведенного коэффициента относительной продолжительности включения. Под последним понимают:

    Это коэффициент включения электродвигателя с учетом влияния ухудшенных условий охлаждения во время паузы. Здесь:

    Используя значение ε/, выражению коэффициента термической перегрузки может быть придан вид:

    Зависимости коэффициента термической перегрузки от ε/ при различных значениях отношений а/Θ приведена на рисунке ниже:

    Из которого видно, что коэффициент термической перегрузки возрастает с уменьшением коэффициента относительной продолжительности включения и с уменьшением отношения времени работы к постоянной нагрева.

    Последнее объясняется тем, что при малой продолжительности работы повышение температуры будет невелико, за счет чего может быть повышен коэффициент перегрузки.

    Однако, перегрузка не должна превосходить значение, допустимые по электрическим свойствам электрической машины.

    Условия работы электродвигателей в повторно-кратковременном режиме в тепловом отношении сильно разнятся от условий работы в длительном режиме.

    Например, в электрических машинах независимого возбуждения охлаждение обмотки возбуждения почти не зависит от того, вращается машина или нет и наоборот, условия охлаждения якоря будут сильно отличаться.

    При использовании для повторно-кратковременного режима работы электродвигателя постоянного тока предназначенного для длительного режима работы при полном использовании по нагреву обмотки коллектора и якоря обмотка возбуждения будет нагрета ниже допустимой температуры. Стремясь обеспечить максимально целесообразное использование изоляции всех элементов машины для повторно-кратковременного режима, конструируют специальные типы электрических машин.

    Учитывая специфику работы – частые пуски и остановки, машины для повторно-кратковременной работы для сокращения длительности разгона и торможения и уменьшения потерь энергии конструируются с уменьшенным диаметром якоря или ротора и с увеличенной длиной последнего.

    Мощность электродвигателя постоянного тока определяется машинной постоянной С, квадратом диаметра якоря, его длиной и скоростью вращения, то есть Р = CD2ln, а маховый момент ротора или якоря пропорционален четвертой степени диаметра якоря или ротора и первой степени длины последнего, то есть GD2 = kD4l. Поэтому для уменьшения запаса кинетической энергии целесообразно увеличивать длину двигателя и уменьшать диаметр якоря и скорость его вращения.

    В соответствии со сказанным выше номинальная мощность одного и того же габарита электродвигателя определяется коэффициентом продолжительности включения – она уменьшается с увеличением продолжительности включения.

    Основным режимом машин предназначенных для повторно-кратковременной работы имеют ПВ% = 25%. К этому режиму относятся приводимые в каталогах значение коэффициентов перегрузки.

    Средняя температура за цикл работы определяется средними потерями за тот же отрезок времени.

    При повторно-кратковременной работе  температура нагрева машины будет колебаться вокруг средней температуры. При этом отклонение от средней температуры или тепловая перегрузка будет тем более, чем больше отношение длительности цикла к постоянной нагрева электродвигателя.

    При ограничении тепловой перегрузки величиною в 10%, как показывают расчеты, отношения длительности цикла к постоянной нагрева, то есть tц/Θ не должно превышать 0,2. Таким образом, требование ГОСТ ставит электродвигатели с малыми постоянными нагрева Θ < 50 мин.

    в заведомо более тяжелые условия, нежели крупные.

    В практических расчетах даже при наличии совершенно регулярной работы график нагрузки в повторно-кратковременном режиме отличается от рассмотренного ранее идеализированного прямоугольного. Чаще приходится иметь дело с трехучастковым графиком, аналогичным изображенному на рисунке ниже:

    Для выбора электродвигателя необходимо подобный многоступенчатый график нагрузки с помощью одного из методов эквивалентных величин (момента или тока) заменить идеализированным прямоугольным. При этом идеализированный график должен иметь такой же коэффициент включения, как и преобразуемый.

    Эквивалентное значение тока идеализированного графике (смотри выше) будет равно:

    В случае нерегулярного графика нагрузки в повторно-кратковременном режиме одноучастковый эквивалентный график подсчитывается для значительного отрезка времени работы:

    Коэффициент продолжительности включения в данном случае определяют как сумму всех времен работы за длительный промежуток времени (несколько часов или смена), деленную на продолжительность этого промежутка:

    Если продолжительность включения электрической машины совпадает с каталожной, то по каталогу выбирают необходимый габарит машины или, в случае отсутствия такового,  ближайший больший.

    При отличии коэффициента продолжительности включения электрической машины от каталожных значений целесообразно воспользоваться графиком, построенным по данным каталога и дающим зависимости мощности или тока отдельных габаритов двигателей от продолжительности включения:

    Пользуясь значениями мощности и коэффициента продолжительности включения, полученными из анализа работы электропривода, по кривым, приведенным на рисунке выше, находят габарит электродвигателя, наиболее близко подходящий к требуемым условиям. После этого, пользуясь номинальными данными выбранного двигателя (при ПВ% = 25%) производят проверку электродвигателя на перегрузку.

    Кривые, аналогичные приведенным на рисунке выше, позволяют путем интерполяции проверить пригодность машины для работы при различных значениях ε. При необходимости повышения точности – переходят к аналитическим методам расчетов.

    Основаниям подобного пересчета является сохранение одинакового значения установившейся температуры перегрева электродвигателя к конце цикла работы для различных значений ε1 и ε2.

    Повышение температуры при этих условиях будет определяться, с одной стороны, величиной потерь электрической машины, а с другой – продолжительностью работы в цикле, учитывающей различие условий охлаждения вращающегося и неподвижного электродвигателя, то есть:

    Где:

    • Qпк1 и Qпк2 – потери двигателя в повторно-кратковременном режиме соответственно с ε1 и ε2.
    • tц – длительность рабочего цикла.
    • ε1 и ε2 – приведенные значения коэффициентов включения для обоих режимов.

    Выразим в (9) общие потери через постоянные и переменные и введем значения ε/1 и ε/2:

    Здесь за исходный номинальный принят режим с ε1, а ξ представляет собой отношение токов в режиме ε2 к току в режиме ε1, то есть:

    В выражение (10) введем коэффициент постоянных потерь:

    Числители и знаменатели дробей обеих частей равенства разделим на длительность цикла:

    Очевидно, что:

    Тогда:

    Обозначая отношение постоянных нагрева:

    И вводя его в уравнение получим:

    Решая полученное выражение относительно ξ, получим:

    С помощью коэффициента ξ по известному значению I1, соответствующему каталожному значению ε1, может быть определен ток электродвигателя, работающего с ε2 с учетом постоянных потерь электрической машины и ухудшенных условий охлаждения во время пауз.

    Таким образом, может быть проверена пригодность предварительно выбранной машины для реальных условий.

    Для упрощения (12) сделаем следующее – объединим члены, содержащие коэффициент γ, все члены, стоящие под корнем, приведем к общему знаменателю, в числитель прибавим и вычтем ε2 и проведем необходимые упрощения. На выходе получим:

    Но стоит отметить, что довольно часто используют упрощенные формулы. Например, не учитывают влияние изменений постоянной нагрева электрической машины при стоянке, то есть полагают, что k = 1. Тогда уравнение (12) примет вид:

    Эта формула дает преуменьшенные значения мощности при больших ε. Так, например, в случае когда γ = 1 при перерасчете мощности электрической машины с режима ε1 = 0,25 на режим ε2 = 0,5 получается, что ε = 0, то есть электродвигатель при таких условиях может работать только вхолостую. Последнее не соответствует действительности.

    Дальнейшим упрощение является пренебрежение постоянными потерями электродвигателя, то есть допущение γ = 0. В этом случае выражение (14) приобретет вид:

    Для оценки влияния коэффициентов kτ и γ на величину ξ – допустимую степень нагрузки двигателя при переходе от одной  продолжительности включения к другой на рисунке ниже приведены результаты подсчетов по формуле (12) или (13).

    За исходную продолжительность включения принято ε1 = 0,25. Приведенное семейство кривых соответствует значениям коэффициентов kτ = 1, 2 и 4 и γ = 0,4; 0,7; и 1,0.

    Рассмотрение приведенного выше графика показывает, что результаты расчета по формуле (15) при пренебрежении постоянными потерями и изменением коэффициента kτ, то есть при γ = 0 и kτ = 1, весьма близко совпадают с кривой, соответствующей случаю kτ =4 и  γ = 0,7. Это совпадение в известной мере может оправдать сравнительно широкое применение упрощенной формулы (15).

    Значения коэффициента kτ для электродвигателей с различными способами вентиляции могут приниматься:

    Меньшие значения коэффициента соответствуют электродвигателям меньшей мощности.

    Значение коэффициента γ для крановых машин даны при ε = 25%.

    Отсутствие точных значений коэффициентов kτ и γ заставляет с известной осторожностью относиться к результатам, даваемым формулой (13). Поэтому был сделан ряд попыток создания эмпирических зависимостей, позволяющих производить подобные расчеты.

    Порядок расчета мощности и выбора электрической машины, работающей в повторно-кратковременном режиме, следующий:

    1. На основании статического расчета или иных данных ориентировочно выбирают по каталогу мощность машины, его номинальные данные и ПВ%.
    2. Учитывая влияния маховых масс электропривода и тип пусковой аппаратуры строят тахограмму n = f(t) и нагрузочную диаграмму электродвигателя М = f(t) или I = f(t).
    3. С помощью построенной нагрузочной диаграммы определяют эквивалентное значение тока, то есть сложный график заменяют эквивалентным ему простым прямоугольным.
    4. По нагрузочной диаграмме определяют фактический коэффициент включения ПВ%.
    5. Номинальные значения тока ориентировочно выбранной электрической машины пересчитывают с каталожной продолжительностью включения ПВкат% на фактическую ПВф% с помощью одного из выражений (13) или (14). Пересчет мощности ориентировочно выбранной машины так же может быть выполнен с помощью кривых.
    6. Сравнивая эквивалентный ток графика со значением номинального тока, пересчитанного на ПВф%, определяют пригодность выбранной машины по нагреву.
    7. Электродвигатель, удовлетворяющий по нагреву, проверяют на перегрузку.

    Источник: http://elenergi.ru/vybor-moshhnosti-elektrodvigatelya-dlya-povtorno-kratkovremennogo-rezhima-raboty.html

    Ссылка на основную публикацию