книги / Электрооборудование нефтяной промышленности
..pdfРис. 3.20. График продолжи тельного режима работы элект родвигателя с переменной на грузкой
Предварительно |
(ориентировочно) |
двигатель |
выбирают по |
||||
средней мощности нагрузки |
|
|
|
|
|
||
|
P o p = |
К Р ср» |
|
|
(3.43) |
||
Рср = { P \ t \ |
+ P z t i + |
. • . + |
P n t n ) l |
(t l + |
^2 + |
+ in), |
|
где /С= l.l-S-1,3 — коэффициент запаса. |
|
двигатель с номи |
|||||
По мощности |
Р0р в каталоге выбирают |
||||||
нальной мощностью Рц^Рор, а затем |
определяют потери |
||||||
|
ДРн = |
Рн(1-Лн)/Лн; |
|
(3.44) |
|||
|
A P i = P i |
( l— лО/'П! |
и т. д. |
|
|||
Средние потери определяют по формуле |
|
|
|||||
ДРср = (APi^i |
+ A P z ' t 2 |
+ ... + |
ДP n t n ) I { t \ + |
+ ... + tn ) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
(3.45) |
и сравнивают их с номинальными. Если ДРн> Д Р Ср на 10— 15% v то выбранный по каталогу двигатель подходит для работы. Он будет нагреваться так же или немного меньше, чем при номи нальной нагрузке. Если же ДРн< Д Р Ср, то выбирают другой дви гатель, больший по мощности.
Метод средних потерь довольно точен и |
применяется для |
выбора двигателей любого типа, однако он трудоемок. |
|
М е т о д э к в и в а л е н т н ы х в е л и ч и н |
(тока, момента,, |
мощности). Формула эквивалентного тока основана на замене изменяющегося по значению тока эквивалентным неизменяющимтоком /эк, который за рабочий цикл выделяет в двигателе ту же теплоту, что и изменяющийся ток. Формулу эквивалентного-
тока можно получить из выражения (3.45)
/э к = V ( / i 2^i + / г 2/г + •••+ I n 2tn )l (t\ + /2 + |
T i n ) . |
|
(3.46) |
110
Предварительно двигатель выбирают так же, как и по методу средних потерь. Затем для каждого участка графика нагрузки по имеющимся рабочим характеристикам двигателя находят токи по формуле (3.46), вычисляют эквивалентный ток двигате ля и сравнивают его с номинальным. Двигатель выбран пра вильно, если соблюдается условие /эк^/н - Этот метод неприме ним для короткозамкнутых двигателей с глубокими пазами или двойной беличьей клеткой, так как сопротивление ротора в пусковых и тормозных режимах значительно изменяется. В та ких случаях следует пользоваться методом средних потерь.
Если момент двигателя пропорционален току (двигатели постоянного тока параллельного и независимого возбуждения при постоянном значении магнитного потока), то формулу эк вивалентного тока можно заменить формулой эквивалентного момента
■Мэк = у (7Wi2/i + M.^ti + |
+ |
Mn2tn)l{t\ + /2 |
+ • •. + tn)■ |
|
|
|
(3.47) |
Для асинхронных двигателей |
формула (3.47) |
вносит некото |
рую погрешность, так как момент двигателя зависит не только от магнитного потока, но и от коэффициента мощности. Однако с достаточной для практики точностью эту формулу можно применять, если асинхронный двигатель работает на естествен ной характеристике в зоне малых скольжений или на прямоли нейной части реостатных характеристик. Если частота вращения
двигателя |
при изменении |
нагрузки изменяется незначительно, |
то можно |
воспользоваться |
формулой эквивалентной мощности |
Р ж = У{ P \ 2t \ + Р г 2/ г + . . .P n+* t n ) l { t x + /2 + . . . t n+) .
(3.48)
Область применения формулы (3.48) весьма ограничена. Ей можно пользоваться в тех случаях, когда в графике нагрузки отсутствуют периоды пуска и торможения, а колебания момента статического сопротивления на валу двигателя не приводят к заметным изменениям частоты вращения (двигатели постоянно го тока независимого и параллельного возбуждения, синхронные двигатели, а также асинхронные двигатели при работе на естественной характеристике).
Если выбирают двигатель с самовентиляцией, то с умень шением его частоты вращения ухудшаются условия охлажде ния. Это учитывается соответствующими коэффициентами, кото рые ставят перед периодами паузы, пуска и торможения в формулах (3.46), (3.47). Во время паузы частота вращения двигателя равна нулю, и коэффициент, учитывающий ухудше ние теплоотдачи, принимают приближенно равным 0,5. При
ill
пуске и торможении частота вращения двигателя изменяется. Соответственно коэффициент, учитывающий ухудшение тепло отдачи, принимают равным 0,75. Так, если обозначить tu fe» h> tA— соответственно периоды пуска, работы,Лорможения и пау зы двигателя, то формула эквивалентного тока примет вид
/эк = V(/i2/i + h 2U + /з2/з)/(0,75Л + /*2 + 0,75^з + 0,5f4).
(3.49)
В ы б о р м о щ н о с т и д в и г а т е л я д л я к р а т к о в р е м е н н о г о р е ж и м а р а б о т ы . Двигатели для кратковре менного режима работы крупными сериями, рассчитанными на универсальное применение, не выпускаются. Поэтому приходит ся использовать двигатели продолжительного режима, если £к>15 мин, двигатели повторно-кратковременного режима, если ?к^1,5—2,5 мин.
Задача выбора двигателя сводится к определению времени ^доп» при котором перегруженный двигатель нагревается до допу стимой температуры (допустимый перегрев тДОп). Если £к</дот то двигатель выбран правильно, в противном случае приходится выбирать двигатель большей мощности и снова повторять рас чет. Если нагрузочная диаграмма многоступенчатая, то предва рительно определяют эквивалентное значение мощности.
П о р я д о к р а с ч е т а : 1. Выбирают двигатель с номиналь ной мощностью Рп< Р к, ориентируясь на его перегрузочную спо собность так, чтобы максимальный момент двигателя Мтах был
на 15—20% больше момента Мк. |
|
|
2. Определяют потери |
выбранного двигателя при номиналь |
|
ном режиме |
|
|
АРН= Р н(1 — Т]н)/Т]н- |
|
|
3. Определяют потери при перегрузке двигателя, работаю |
||
щего с мощностью Р к, |
|
|
ЛРК = |
Р к(1 — Лк)/Лк. |
(3.50) |
Здесь т)к определяется по рабочим характеристикам, указанным
вкаталоге.
4.Вычисляют коэффициент тепловой перегрузки
р |
= АРк/АР„. |
(3.51) |
5. Определяют допустимое время работы двигателя с пере |
||
грузкой |
|
|
tMn = |
TH\n[p — l)/p, |
(3.52) |
где Ти— постоянная времени нагрева электродвигателя.
Если окажется, что ?к^£Доп> то выбранный двигатель приго ден для работы.
В ы б о р м о щ н о с т и д в и г а т е л я д л я п о в т о р н о
к р а т к о в р е м е н н о г о р е ж и м а р а б о т ы . |
Как указыва |
лось выше, повторно-кратковременный режим |
характеризуется |
относительной продолжительностью включения ПВ %. Каждому стандартному значению ПВ % соответствует значение номиналь ной мощности, с которой в этом режиме двигатель может дол го работать, не перегреваясь. Таким образом, при повторнократковременной работе электропривода один и тот же двига тель при различных значениях ПВ % допускает различные нагрузки. Чем больше ПВ %, т. е. чем больше длительность рабочего периода, тем меньше должна быть нагрузка двигателя.
П о р я д о к р а с ч е т а :
1.По нагрузочной диаграмме производственного механизма предварительно выбирают двигатель мощностью Рср.
2.Строят нагрузочную диаграмму электропривода.
3.Если фактический график работы многоступенчатый, то методом эквивалентных величин его приводят к одноступенча тому, при этом время паузы в расчете не учитывают.
4.По нагрузочной диаграмме определяют фактическое зна чение ПВ % и по формуле (3.47) или (3.46) (для рабочей части цикла) определяют Мэк или /эк.
5. Эквивалентное значение момента МЭ1< или тока /Э1< пере считывают до ближайшего стандартного значения ПВп % по формуле
М = МэкУПВ/ПВ„. |
(3.53) |
6. По каталогу выбирают двигатель с номинальным момен том Мн или током / н при ПВНтаким образом, чтобы МН> М пли /„ > /
Двигатель для перемежающегося режима работы выбирает ся так же, как и двигатель для повторно-кратковременного режима. Если же для перемежающегося режима работы пред полагается применить двигатель, предназначенный для продол жительного режима работы, то следует определить эквивалент ный продолжительный ток по формуле (3.46). Условия охлаж дения во время паузы не ухудшаются, так как двигатель про должает вращаться. Выбранный двигатель подлежит обязатель ной проверке по перегрузочной способности и пусковому мо менту.
Для успешного пуска двигателя в заданное время необхо димо, чтобы его пусковой момент превышал момент статическо го сопротивления. Это особенно важно для рабочих машин с большими моментами инерции и в тех случаях, когда момент статического сопротивления при пуске больше момента сопро тивления установившегося режима.
Может оказаться, что двигатель обычного исполнения, выб ранный по условиям пускового режима, в установившемся режи-
8—234 |
113- |
iMe окажется недогруженным. Поэтому при выборе двигателя по условиям пуска применяют двигатели с повышенным пусковым моментом по отношению к номинальному ( М щ г с к / ,8).
Для улучшения условий пуска применяют также асинхрон ный двигатель с фазным ротором, в цепь ротора которого вклю чают пусковой реостат. Это позволяет повысить пусковой мо мент двигателя. При тяжелых условиях пуска применяют также -пуск двигателей вхолостую с последующим соединением его с механизмом специальной муфтой.
Контрольные вопросы
1.Из каких устройств состоит электропривод?
2.Напишите основное уравнение движения электропривода.
3.Что называется естественной механической характеристикой электро двигателя?
4.Нарисуйте механические характеристики двигателя постоянного тока
независимого возбуждения и асинхронного двигателя. |
исполнительного орга |
5. Что называется механической характеристикой |
|
на рабочей машины? |
и двигателя постоян |
6. Назовите способы пуска асинхронного двигателя |
но го тока независимого возбуждения.
7.Какова последовательность пуска синхронного двигателя?
8.Перечислите основные показатели способов регулирования частоты вра щения электродвигателей.
9.Назовите основные способы торможения электродвигателей.
10.В чем состоит физический смысл выбора двигателя по мощности?
11.Какие методы поверочного расчета, применяемые при выборе двигате ля по мощности, вам известны?
12.Что такое повторно-кратковременный режим работы двигателя?
13.Что такое кратковременный режим работы двигателя?
14.Какими показателями характеризуются эксплуатационные свойства
электродвигателей?
15. Укажите основные конструктивные исполнения электродвигателей.
Глава 4 АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
4.1. Общие сведения и классификация электрических аппаратов
Электрическим аппаратом называется устройство, выполняю щее функции управления потоком электрической энергии.
Включение н отключение потребителей электрической энер гии. а также устройств управления осуществляются замыканием и размыканием электрических цепей. Процесс замыкания и раз мыкания электрической цепи, при котором скачкообразно изме няется ее сопротивление, называется коммутацией, а аппараты,
Ш
предназначенные для этой цели, — коммутационными электри ческими аппаратами.
В коммутационных аппаратах различают главную цепь, со держащую токоведущие части, включенные в электрическую цепь, которую этот аппарат должен коммутировать в соответ ствии со своим основным назначением; вспомогательные цепи, к которым относится цепь управления аппарата.
Электрические аппараты классифицируют по различным признакам:
по способу коммутации — контактные, в которых замыкание и размыкание электрической цепи осуществляются перемещени
ем специальных токоведущих частей |
аппарата (контактов); |
бесконтактные — осуществляющие |
замыкание и размыкание |
электрических цепей без перемещения деталей аппарата. |
|
В зависимости от выполнимых функций аппараты делятся |
на две группы:
аппараты управления, предназначенные для включения и от ключения различных электрических цепей, для пуска, регулиро вания частоты вращения, реверсирования и торможения элект родвигателей;
аппараты защиты, служащие для предотвращения выхода из строя электрических установок и защиты обслуживающего пер сонала от поражения электрическим током в случае нарушений нормального режима работы. Выпускаются электрические ап параты, выполняющие несколько функций.
По числу коммутируемых независимых электрических цепей
различают однополюсные и многополюсные (двух-, |
трехполюс |
|||||
ные и т. д.) |
аппараты. |
|
|
|
||
В зависимости от числа фиксированных положений аппара |
||||||
тов (коммутационных положений) |
они подразделяются на двух |
|||||
позиционные |
и многопозиционные |
(трех-, четырехпозиционные |
||||
и т. д.). |
привода |
(устройства |
для |
создания или передачи |
||
По |
виду |
|||||
силы |
на подвижную |
часть аппарата) |
различают |
аппараты с |
ручным приводом, в которых для включения и отключения ис пользуется 'мускульная сила оператора, и с двигательным при
водом. В качестве двигателя в последних обычно применяют электромагниты и реже — электродвигатели.
По характеру действия аппараты делятся на аппараты с самовозвратом и без самовозврата.
Аппараты с самовозвратом автоматически возвращаются в начальное положение (фиксированное положение его частей при отсутствии воздействия привода на подвижные части) послеснятия внешнего воздействия.
Контакты, которые при начальном положении аппарата на ходятся в разомкнутом и замкнутом состояниях, называют соот ветственно замыкающими и размыкающими.
8 |
115- |
В аппаратах без самовозврата для изменения фиксированно го положения необходимо внешнее воздействие.
По назначению электрическую аппаратуру разделяют на ком мутационную, пускорегулирующую, контролирующую и ограни чивающую.
Как правило, аппаратуру устанавливают в панелях управ ления, распределительных устройствах и пультах управления, монтируемых в шкафы.
Важными элементами коммутационных аппаратов являются контакты. Размыкание электрической дуги при больших напря жениях и токах может сопровождаться электрической дугой, которая способствует разрушению контактов и снижает быстро действие аппарата. Произведение предельных значений напря жения и тока цепи, при которых электрическая дуга не возни кает при минимальном расстоянии между контактами, называ ется разрытой мощностью контактов. Разрывная мощность контактов при разрыве цепи переменного тока во много раз выше, чем при разрыве цепи постоянного тока. Восприпятствовать появлению дуги при размыкании контактов можно приме нением специальных мер дугогашения.
Наиболее эффективный способ гашения дуги — охлаждение за счет перемещения в воздухе, соприкосновения с изоляцион ными стыками специальных камер, которые отбирают тепло дуги. В современных аппаратах широкое распространение полу чили дугогасительные камеры с узкой щелью и магнитным дутьем.
На контактах маломощных электрических аппаратов элект рическая дуга появляется редко, но часто наблюдается искре ние— пробой изоляционного промежутка, образованного при быстром размыкании контактов в слаботочных цепях. Это осо бенно опасно в чувствительных и быстродействующих аппара тах (реле). Искрение сокращает срок службы контактов, может привести к ложным срабатываниям. Для уменьшения искрения на контактах применяют специальные устройства жкрогаттлш . Чтобы уменьшить искренне на маломощных контактах постоян ного тока, применяют включение диода параллельно нагрузоч ному устройству. При этом цепь после отключения источника замыкается через диод, снижая энергию нскрообразованмя. Подроби© методы дугогашения будут рассмотрены при изучении электрических аппаратов.
Аппаратура ручного управления
К; аппаратам ручного управления относят рубильники, пакет ные выключатели и переключатели, комащдоаннараты, кнопки и др. Р ф ш т т т — аппараты, предназначенные для включения и отключения электрических пеней.
т
Рубильники бывают одно-, двухили трехполюсными. Они характеризуются номинальным током, т. е. длительно допусти мым током в замкнутом состоянии контактов. Рубильник, не имеющий дугогасительного устройства, служит только для дуб лирования размыкания уже обесточенной цепи. Отключать им потребитель нельзя; он играет роль разъединителя, т. е. делает разрыв цепи видимым, что обеспечивает большую безопасность обслуживания. Рубильники, снабженные дугогасительными уст ройствами, могут разрывать номинальный ток. Их изготовляют на напряжение до 660 В и ток до 2500 А. Устанавливают их на изоляционной панели так, чтобы при движении рукоятки вниз размыкались электрические цепи. Некоторые рубильники имеют ресурс 5— 10 тыс. циклов «включено — отключено». Не достатком рубильников являются их большие габариты.
Пакетные выключатели и переключатели применяются для включения и отключения цепей постоянного и переменного тока от 10 до 400 А в сетях с напряжением до 660 В. Их применяют также в качестве ручных пускателей электродвигателей неболь шой мощности, переключателей обмоток статора асинхронных
двигателей со звезды на треугольник, |
в цепях |
управления |
и |
сигнализации. Пакетный выключатель |
(рис. 4.1) |
состоит из ря |
|
да слоев — пакетов 5, внутри которых |
находится |
подвижный |
5 |
и неподвижный 4 контакты. Подвижный контакт 5 закреплен на оси 2, вращающейся с помощью рукоятки 1 и имеющей ряд фиксированных положений, в которых замыкаются неподвиж ные контакты одного из пакетов. Выводы 6 неподвижных кон тактов закреплены в корпусе выключателя.
I
Рис. 4.1. Пакетный вык |
Рис. 4.2. Секция кулач |
лючатель |
кового контроллера |
117
Пакетный выключатель более удобен, чем рубильник, зани мает меньше места, безопасен в эксплуатации, позволяет осу ществить сложную коммутацию, обладает лучшими дугогаси тельными свойствами. Последнее достигается выделением хлора
иионов цинка из фибры, а также повышенным давлением газов
вполости выключателя, образовавшимися под действием дуги. Командоконтроллеры представляют собой многопозиционные
переключающие аппараты, предназначенные для переключений в маломощных цепях управления. Их выпускают с ручным и ножным приводом, при этом число коммутируемых цепей может достигать 12.
В настоящее время наибольшее распространение получили кулачковые контроллеры, имеющие нескользящие контакты, на которые воздействуют фасонные кулачки. Устройство одной из секций кулачкового контроллера показано на рис. 4.2. При повороте кулачка 3 ролик 2 находится на кулачке, либо попа дает в его вырез. Когда ролик катится по кулачку, контакты 1 и 6 разведены и находятся в разомкнутом состоянии. При попа дании ролика в вырез, контакты под воздействием пружин 4
и5 замыкаются.
Вбуровых установках применяют кулачковые командоконт
роллеры серии КА-5000.
Кнопки управления предназначены для управления различными электромагнитными аппаратами. Изготовляют кноп ки различной конструкции (с разным набором замыкающих и размыкающих контактов): с самовозвратом в исходное поло жение, с защелками, фиксирующими положение после нажатия, включаемые специальным ключом и др. Их применяют в цепях постоянного и переменного тока напряжением до 660 В; отклю чающая способность кнопок — от 100 Вт постоянного и до 1500 В-А переменного тока.
Несколько кнопочных элементов, объединенных в один кор пус, образуют кнопочный пост управления.
В буровых установках наиболее распространены кнопки нор мального исполнения серии К и КУ и взрывозащищенные кноп ки серии КУВ.
4.3.Пускорегулирующие и защитные аппараты
Всистемах управления электроприводами широко применя ют электромагнитные аппараты (контакторы, магнитные пус катели, автоматические выключатели), позволяющие автомати чески и дистанционно коммутировать силовые цепи.
Контакторы — двухпозиционные аппараты с самовозвратом^
предназначенные для частых коммутаций токов, не превышаю щих токи перегрузки, и приводимые в действие двигательным;
118
/ |
о- |
|
Б
7
8
9
W
Рис. 4.4. Магнитный пускатель
приводом. Они могут быть выполнены с прямоходовой магнит ной системой и поворотным якорем.
К контакторе поворотного типа (рис. 4.3) при нажатии кноп ки «Пуск» на зажимы обмотки 1 приводного электромагнита подается напряжение и по обмотке протекает ток, создающий магнитный поток Ф. Последний создает усилие, направленное на преодоление сил возвратной 11 и контактной 9 пружин, ко торое притягивает якорь 10 к сердечнику 2. Подвижный контакт 8 притягивается к неподвижному 5 и главный контакт замыка ется, подключая нагрузку к сети. Одновременно с помощью вспомогательного контакта 12 шунтируется кнопка «Пуск», и при ее отпускании цепь обмотки 1 не разрывается, а контактор остается во включенном состоянии. Вспомогательный контакт 12 может быть использован не только для шунтирования кноп ки «Пуск», но и для включения электрических цепей различных аппаратов.
Для создания давления подвижного контакта на неподвиж ный служит контактная пружина 9, которая одновременно сни жает вибрации (отскоки) подвижного контакта при ударе о неподвижный. За нормальное положение электромагнитного аппарата принимают такое, при котором в катушке электромаг нита не течет ток или отсутствует механическое воздействие на аппарат.