Режим работы электропривода, при котором периоды работы имеют такую длительность и так чередуются с паузами определенной длительности, что температура всех устройств, входящих в состав электропривода, не достигает установившегося значения, ни во время каждого периода работы, ни во время каждой паузы, называется повторно-кратковременным.
Режиму повторно-кратковременной нагрузки соответствуют графики, подобные представленному на рис. 1. Перегрев электродвигателя изменяется по пилообразной ломаной линии, состоящей из чередующихся отрезков кривых нагрева и охлаждения. Режим повторно-кратковременной нагрузки характерен для приводов большинства металлорежущих станков.
Рис. 1. График повторно-кратковременной нагрузки
Мощность электродвигателя, работающего в повторно-кратковременном режиме, наиболее удобно определить по формуле средних потерь, которую можно записать в виде
где ΔA — потери энергии при каждом значении нагрузки, включая процессы пуска и торможения.
Когда электродвигатель не работает, условия его охлаждения значительно ухудшаются. Это учитывают введением экспериментальных коэффициентов β0 < 1. На коэффициент β0 умножают время t0 паузы, в результате чего знаменатель формулы уменьшается, и эквивалентные потери ΔРЭКВ увеличиваются, а следовательно, возрастает номинальная мощность электродвигателя.
У асинхронных защищенных двигателей серии А с синхронной частотой вращения 1500 об/мин и мощностью 1—100 кВт коэффициент β0 составляет 0,50—0,17, а у двигателей с обдувом β0 = 0,45 — 0,3 (с увеличением Рн коэффициент β0 убывает). У закрытых двигателей β0 близок к единице (0,93—0,98). Это объясняется тем, что эффективность вентиляции у закрытых двигателей низка.
Во время пуска и торможения средняя частота вращения электродвигателя ниже номинальной, вследствие чего также ухудшается охлаждение электродвигателя, что характеризуется коэффициентом
При определении коэффициента β1 условно принято, что изменение частоты вращения происходит по линейному закону и что коэффициент β1 линейно зависит от нее.
Зная коэффициенты β0 и β1 получим
где ΔР1, ΔР2, — потери мощности при различных нагрузках, кВт; t1 t2 —время действия этих нагрузок, с; tn, tT, t0—время пуска, торможения и паузы, с; ΔАп ΔАТ — потери энергии в двигателе при пуске и торможении, кДж.
Как было указано выше, каждый электродвигатель должен быть выбран по условиям нагрева и по условиям перегрузки. Для применения метода средних потерь необходимо предварительно задаться определенным электродвигателем, который и в данном случае целесообразно выбрать по условиям перегрузки. Формулу эквивалентной мощности можно использовать для грубого расчета в тех случаях, когда пуск и торможение происходят редко и существенно не влияют на нагрев электродвигателя.
В станкостроении для работы в режиме повторно-кратковременной нагрузки применяют электродвигатели, предназначенные для работы с продолжительной нагрузкой. Электропромышленность выпускает также и двигатели, специально предназначенные для работы с повторно-кратковременной нагрузкой, получившие широкое распространение в подъемно-транспортных сооружениях. Такие электродвигатели выбирают с учетом относительной продолжительности включения:
где tp — время работы двигателя; t0 — продолжительность паузы.
Пример выбора двигателя по мощности при повторно-краковременном режиме работы.
Определить мощность электродвигателя при п0 — 1500 об/мин; двигатель работает по нагрузочному графику, приведенному на рис. 2, а. Мощность на валу электродвигателя при холостом ходе станка Рхх = 1 квт. Приведенный момент инерции станка Jc = 0,045 кг-м2.
Решение:
1. Предварительно выбираем электродвигатель по условиям перегрузки, принимая λ = 1,6:
По каталогу подбираем электродвигатель защищенного исполнения ближайшей большой мощности (2,8 кВт), у которого пн = 1420 об/мин;
Для этого двигателя λ = 0,85•2 = 1,7. Таким образом, двигатель выбран с некоторым запасом по перегрузке.
Зависимость η=f(P/Pн) данного двигателя приведена на рис. 2, б.
Рис. 2. Зависимости N = f(t) и η=f(P/Pн)
2. По формуле
находим потери при мощностях 1; 3; 4,2 кВт (по графику). Потери соответственно составляют 0,35; 0,65 и 1 кВт. Находим потери при Рн = 2,8 кВт, которые составляют ΔРн = 0,57 кВт.
3. Определяем время пуска и время торможения противовключением:
где:
Получаем tn = 0,30 с; tт = 0,21 с.
4. Определяем потери при пуске и торможении:
Получаем ΔАп = 1,8 кДж и ΔАт = 3,8 кДж.
5. Находим эквивалентные потери цикла:
где
Получаем ΔРЭКВ = 0,44 кВт. Так как ΔРн = 0,57, то ΔРЭКВ < ΔРн и, следовательно, двигатель выбран правильно.