Содержание к диссертации
Введение
1 Постановка задач исследования 8
1.1 Характеристика парка электрооборудования, используемого в сельском хозяйстве ...8
1.1.1 Характеристика парка электродвигателей 11
1.1.2 Характеристика режимов работы электроприводов 15
1.2 Условия эксплуатации электроприводов в сельском хозяйстве... 17
1.3 Обзор методов выбора мощности АД. 23
1.4 Анализ аварийных ситуаций электроприводов в сельском хозяйстве 28
1.5 Цель и задачи исследования 38
2. Теоретическое обоснование запаса мощности асинхронных двигателей в сельскохозяйственных электроприводах . 40
2.1 Исходные положения 40
2.2 Методика согласования структуры электропривода, с условиями эксплуатации 42
2.3 Теоретическое обоснование запаса мощности двигателя 52
2.4 Особенности эксплуатации изношенного электрооборудования...60
2.5 Влияние запаса мощности на надёжность электропривода 64
2.6 Влияние запаса мощности на динамические свойства электропривода 71
2.7 Выводы 74
3. Эксперементальные исследования 76
3.1 Методика эксперимента... 76
3.2 Описание экспериментальной установки 78
3.3 Расчет электромеханической постоянной времени электроприводов .83
3.4 Результаты испытания динамики разгона двигателя при номинальных параметрах 87
3.5 Результаты пусковых испытаний АД с пониженным напряжением 92
3.6 Результаты пусковых испытаний АД при асимметрии фаз 96
3.7 Экспериментальное исследование работы АД при неполнофазном питании 101
3.8 Выводы 109
4 Технико-экономические показатели 110
Общие выводы 119
Список использованной литературы 121
Приложения 133
- Характеристика парка электродвигателей
- Анализ аварийных ситуаций электроприводов в сельском хозяйстве
- Методика согласования структуры электропривода, с условиями эксплуатации
- Расчет электромеханической постоянной времени электроприводов
Введение к работе
Наметившейся подъем сельскохозяйственного производства повышает требования к эффективности электрифицированного оборудования. Его основу составляет асинхронные двигатели (АД). Выход из строя электродвигателя приводит не только к затратам на его восстановление, но и к нарушению производственных процессов и технологическому ущербу, который во много раз превышает стоимость самого АД. Известно большое количество работ, направленное на сокращение отказов работ. Однако, существенных положительных перемен не достигнуто.
Анализ проектирования электроприводов свидетельствует о том, что выбор мощности АД обычно осуществляется по допустимому нагреву для типовых режимов работ. При этом не учитывается интенсивность аварийных ситуаций, ответственность электропривода по размеру технологического ущерба при отказе АД и другие факторы. Назрела необходимость разработки теории индивидуального согласования электропривода с каждой рабочей машиной. Первостепенное значение имеет выбор запаса мощности АД.
Существующие положение в теории электропривода свидетельствует, что мощность АД должна быть равна мощности рабочей машины или иметь ближайшее больше значение. Неопределенность такого утверждения поставила новую научную задачу об объективном обосновании запаса мощности АД с учетом индивидуальных особенностей электропривода.
Работа выполнялась в соответствии с комплексной программой НИР СГАУ им. Н.И. Вавилова по теме №6 — «Повышение эффективности систем энергетического обеспечения систем АПК».
Цель диссертационной работы. Разработка теоретических положений эффективности АД за счет оптимизации запаса мощности АД с учетом структуры отказов и ответственности электроприводов.
Задачи исследования.
провести анализ эксплуатационных показателей АД;
разработать теорию согласования элементов и структуры электропривода с условиями эксплуатации;
разработать теорию выбора запаса мощности АД с учетом дискретности их шкалы для новых и изношенных двигателей;
выполнить лабораторно-производственные испытания для проверки достоверности теоретических положений и определения экономической эффективности принятых решений.
Объект исследования - асинхронные двигатели сельскохозяйственных электроприводов.
Предмет исследования - закономерности влияние запаса мощности АД на эксплуатационные свойства новых и изношенных электроприводов при различных сочетании их составных элементов.
Методика исследования. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы исследования. Основой базы исследования приняты технико-экономические модели функционирования электропривода. В экспериментальных исследованиях использовались современные средства измерительной техники, в том числе Аналого-цифровой преобразователь ПЭВМ.
Научная новизна работы.
показана возможность сокращения поля поиска рациональных вариантов электроприводов за счет морфологического анализа;,
разработана теория адаптации электропривода к условиям эксплуатации за счет выделения оптимальных элементов;
создана теория выбора запаса мощности АД и определения его оптимального значения для условий сельского хозяйства.
разработана методика комплектования электропривода в соответствии с условиями эксплуатации. Предложена методика
выбора мощности АД в соответствии с интенсивностью и структурой отказов, а так же ответственности электропривода.
Даны рекомендации по использованию изношенного парка АД.
Реализация научно-технических результатов. Рекомендации по
выбору оптимальному запасу мощности переданы в сельскохозяйственные
предприятия, объединения Агропромэнерго и ОАО «Институт
«ПоволжСЭП». В трех предприятиях использованы результаты работы, за счет замены двигателей мощностью 3,0 кВт на 4,0 кВт в электроприводе вакуумного насоса и получен положительный эффект. Методика выбора запаса мощности используется в учебном процессе.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на международной научно-практической конференции (Уральск 2003 г.) межвузовской и вузовской конференциях Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова в 2003 и 2004 году, а также на конференции молодых ученых СГАУ в 2003 году.
Публикация результатов исследования. Основные результаты исследований опубликовались в 6 работах, общим объемом 1,1 печатных листа, из них две в центральной печати. На защиту выносятся:
Методика согласования структуры электропривода, с условиями эксплуатации
Теоретическое обоснование запаса мощности двигателя
Особенности эксплуатации изношенного электрооборудования
4. Обоснование способов обеспечения требуемых показателей
надёжности.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,. четырех разделов, выводов, списка литературы и 3-х приложений. Диссертационная работа изложена на 132 страницах машинописного текста,
содержит 23 таблиц, 26 рисунков, приложений. Список использованной литературы включает 128 наименований, из них 10 на иностранных языках.
В процессе выполнения работы автор поддерживал творческие связи с рядом исследователей. Выражаю благодарность д.т.н. Калыкову Б.Р. за совместную работу по изучении проблемы запаса мощности АД. Большую организационную и техническую помощь при выполнении исследований и испытаний оказал коллектив кафедры «Эксплуатация энергооборудования и электрические машины» Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова, которому автор выражает глубокую благодарность.
Характеристика парка электродвигателей
В настоящее время электродвигатели (ЭД) в сельском хозяйстве участвуют в большинстве технологических операций, нашли применение, как в промышленном, так и бытовом секторе. Но даже при таком большом значении ЭД их количество снизилось по сравнению с 1990 годом примерно в три раза. Это вызвано, прежде всего, уменьшением хозяйств сельскохозяйственного направления, а также практически полным истощением так называемого резервного парка электродвигателей. Кроме того, очень часто один и тот же электродвигатель могут использовать в нескольких технологических процессах (в основном в разных сезонах). И все же количество электродвигателей у сельскохозяйственных производителях продукции с 1998 года возрастает. После кризисов в 1993 и 1995 годов, когда часть электрифицированных процессов заменили ручными, сейчас, в связи с увеличением потребительского спроса на их продукцию, идет обратный нормальный процесс электрификации производства. Новые ЭД устанавливают в большинстве случаях в подсобных предприятиях колбасные цеха, консервные и другие перерабатывающие производства) Вместе с тем обновляется парк ЭД и на основных производственных площадях.
В электроприводах сельскохозяйственного назначения применяют асинхронные двигатели (АД) с короткозамкнутым ротором. Наибольшее распространение получили двигатели мощностью от 1 до 3 кВт и частотой вращения 1500 мин"1 [18,45,89]. Существенное влияние на распределение электродвигателей по мощности оказывает тип и технология производства продукции. Так, в птицеводческих комплексах на 10000 голов установлены двигатели от 0,55 кВт до 2,2 кВт, 50% из них имеет мощность до 1,1 кВт. Структура типоразмеров двигателей, применяемых в различных отраслях, отличается незначительно, и соответствуют средним данным, представленных в таблице 1.3
Двигатели серии 4А сельскохозяйственного исполнения выпускают мощностью от 0,12 до 30 кВт. Они могут работать при температуре окружающей среды от -Л5 до 45 С, допускают работу на пониженном на 20% напряжении со снижением паспортной мощности на 15%. Расчетный срок службы двигателей 8... 10 лет, но не менее 12000 часов при работе двигателя в среднем в год 1500 часов в год [45,46,51,89]. Электродвигатели серии АИР ("Р" в обозначении марки указывает о привязке к установочным размерам серии электродвигателей стран СЭВ) выпускают так же как общего, так и сельскохозяйственного исполнения. Электродвигатели сельскохозяйственного исполнения выпускаются на базе унифицированной серии АИ мощностью от 0,12 до 30 кВт. Эти двигатели могут работать в помещениях с концентрацией агрессивных газов: аммиака и сероводорода от 10 до 20 мг/м ; углекислый газ до 30 г/м , - и допускает длительное снижение напряжения до 80 -90% от номинального значения со снижением мощности. Возможна так же кратковременная работа (не более 10 минут) с сохранением номинального момента на валу при снижении напряжения до 80% от номинального значения.,
Сельскохозяйственное производство отличается сезонностью и, как правило, односменной работой. Суточная и годовая цикличность технологических процессов, обусловленная биологическими ритмами развития растений и животных, ограничивает время фактической работы. Время работы электродвигателей зависит от объема производства, технологии, числа работающих машин и их производительности. Так, в хозяйствах зернового и скотоводческого направления 30% электродвигателей работает менее 500 часов в год, 50% до 1000 ч/год и только 20% более 1000 ч/год. В животноводстве среднее годовое использование — 600 ч, в растениеводстве — около 800 и только в отдельных процессах может достигать 1500 часов работы в год [45,46, 83, 89 ]. Распространены случаи, когда электродвигатели работают не более 3...5 месяцев по 0,5...2 часа в сутки. Эти показатели времени работы электродвигателей далеки от тех, которые принимаются при их проектировании.
Технологические процессы, в которых участвуют электродвигатели, не всегда обеспечивают равномерную и стабильную их загрузку. Эти причины. могут возникать от несогласованности производства и разнообразных свойств обрабатываемой продукции, это приводит к недоиспользованию установленной мощности. В настоящее время в различных отраслях сельского хозяйства существует следующие средние загрузки электродвигателей: в животноводстве не более 0,7; в растениеводстве в пределе 0.55...0,6; подсобных предприятиях 0,5...0,75 [46,86]. Таким образом, установленные в сельском хозяйстве электродвигатели имеют большой резерв повышения эффективности их эксплуатации, экономии энергетических ресурсов. Важно найти пути решения этой проблемы.
Надежная и экономичная работа электроприводов возможна только при правильном выборе мощности электродвигателя. Мощность двигателя должна выбираться в строгом соответствии с режимом работы и ожидаемой нагрузкой. Разнообразие сельскохозяйственных машин (электроприводов) определяет несходные режимы работ электроприводов. По времени работы двигателя, продолжительности работы и пауз между включением, а так же по характеру изменению нагрузки, режим работы электродвигателей подразделяют на продолжительный S1, кратковременный S2, повторно кратковременный S3 и перемещающийся S6. Основные понятия, термины и определения типовых режимов приведены в ГОСТ 183-74 и в специальной технической литературе по электроприводу [41, 93, 110, 114].
Кроме типовых режимов работы двигателей (S1...S8), регламентированных ГОСТ 183-74 в практике эксплуатации электродвигателей можно выделить режим случайной (стохастической) нагрузки, характерной для кормоприготовительных, транспортирующих, зерноочистительных и других сельхозмашин [45,46,66,86]. Случайный характер изменения нагрузки обуславливается неравномерностью подачи материала, разнообразием физико-механических свойств перерабатываемого материала и его неоднородностью, так же конструктивными особенностями рабочей машины. Характерные режимы работы электроприводов сельскохозяйственных машин и агрегатов приведена в таблице 1.5. Таблица 1.5 Режимы работы сельскохозяйственных электроприводов от общего числа)
Кроме того, электродвигатели сельскохозяйственных электроприводов характеризуются низкой загруженностью. Малая загрузка электродвигателей обуславливает их работу при низком кпд и коэффициенте мощности. С энергетической позиции электродвигатель выгодно использовать при нагрузке, соответствующей 70...80% от номинальной. Средняя загрузка электродвигателей по отраслям производства представлена в таблице 1.6.
Срок службы до кап. ремонта 2,2(1,8) 4,2(3,5) 5,6(4) В скобках указаны значения, имеющие место в настоящее время, а вне скобок представлены данные по результатам исследований подобных электроприводов за 1970 - 1990 годы.
Поскольку с величиной загрузки электродвигателя непосредственно связанна его эксплуатационная надежность, то выбор мощности двигателя и, как следствие, определение оптимальной загруженности электродвигателя является важной задачей для всех типов электроприводов производственных объектов сельского хозяйства.
Анализ аварийных ситуаций электроприводов в сельском хозяйстве
Проблема повышения эксплуатационной надежности электрооборудования в сельского хозяйства приобрела огромное значение. Даже при применении нового или модернизированного оборудования реальный срок службы оборудования очень часто не достигает гарантийного срока эксплуатации. Как уже говорилось ранее, АД с короткозамкнутым ротором получил самое широкое распространение в сельскохозяйственном производстве, и он является самой надежной электрической машиной. Вместе с тем на практике наблюдается сравнительно высокая доля выхода из строя АД, во многих хозяйствах она достигает 20 - 25% [28,94,98]. Это объясняется тем, что в процессе эксплуатации неизбежно возникают такие условия и режимы, на которые машина не рассчитана при её проектировании[28]. Отказы электродвигателей в среднем по отраслям распределяются следующим образом[43,46,89, 94,109]: животноводство — 75% растениеводство - 20% ремонтно-механические мастерские — 5% Более детальный обзор количества отказов и причин их вызвавших приведен в таблице 1.7 Анализ приведенных данных подтверждает сильное влияние на надежность ЭД в сельскохозяйственном производстве эксплуатационных воздействий, которым они подвергаются в процессе эксплуатации. Анализируя данные таблицы 1.7 видно, что основными причинами выхода из строя АД являются заклинивание ротора, потеря фазы, перегрузки, несоответствие условиям окружающей среды.
Для обобщения причин аварийных ситуаций предложим ряд наиболее главных факторов, которые влияют на эксплуатационную надежность электрооборудования: - конструктивная надежность электрооборудования; - условия окружающей среды при эксплуатации электрооборудования; - эксплуатационные режимы электрооборудования; - правильность применения электрооборудования по его исполнению и характеристикам; - уровень технического обслуживания и ремонта электрооборудования в процессе его эксплуатации. Рассмотрим эти факторы с точки зрения воздействия на них электроремонтных служб хозяйств.
Конструктивная надежность электрооборудования зависит, прежде всего, от количества и качества применяемых в нем активных конструкционных материалов, от конструкции электрооборудования, качества изготовления и надежности его основных частей и деталей. Все эти параметры и свойства электрооборудования задаются заводом-изготовителем, и на данный параметр влиять достаточно сложно и, чаще всего, не даёт ожидаемого результата. Поэтому как фактор воздействия на надежность электрооборудования не подходит.
Условия окружающей среды, в котором работает электрооборудование чаще всего не поддаётся регулированию или требует значительных капитальных затрат для создания отдельно микроклимата для электроприводов и не может заметно повысить надежность электрооборудования. Уровень технического обслуживания и ремонта электрооборудования в настоящее время сильно затруднен. Низкая квалификация электромонтеров не позволяет проводить качественно и своевременно различные ремонтные работы. Практически во всех хозяйствах невозможно привлечение квалифицированного персонала вследствие отсутствия стабильно-достаточного финансирования. Кроме того, общий износ материально-технической базы хозяйств по ремонту электрооборудования не позволяет выполнять работы по его обслуживанию.
Наиболее предпочтительными и реально выполнимыми, практически без привлечения дополнительных материальных ресурсов остаются оставшиеся пункты. Таблица 1.7 Анализ аварийных режимов работ электроприводов с.х. механизмы количествонаблюдаемыхдвигателей,шт. процент выходаиз строя причины заклинивание ротора потеря фазы Перегрузки Разрушение подшипников несоответствиеусловиямокружающейсреды заводские дефекты прочие кормораздатчики 39 43,6 29,4 - 11,8 - 29,4 8,3 21,1 насосы 34 64,7 13,6 22,7 4,5 9,1 36,4 9,2 4,5 вакуум-насосы 26 15,4 75,0 - - - 25,0 - навозные транспортеры 68 23,5 68,8 18,8 6,3 - - 3,1 3,0 шнеки 38 5,3 100,0 - - - - - смесители 16 56,2 11,1 - 22,2 - 55,6 ПД вентиляторы 50 26,5 7,7 46,2 - 30,7 7,7 3,4 4,3 дробилки 12 16,7 50,0 - 50,0 - - - прочие 101 15,8 18,8 12,5 18,8 12,5 24,9 6,0 6,5 итого 383 26,4 29,7 15,9 9,9 7,9 22,8 6,0 7,8 Правильный выбор эксплуатационных режимов и правильность его применения по исполнению и характеристикам может повысить надежность электрооборудования
Рассмотрим причины, из за которых ЭД выходит из строя, более подробно. Основные аварийные режимы работы (заклинивание ротора, потеря фазы, перегрузки) приводят прежде всего к перегреву двигателя, а далее уже к его поломке. То есть контролируя температуру двигателя, можно и контролировать и срок службы электрооборудования. Это доказано в [6,91].
Методика согласования структуры электропривода, с условиями эксплуатации
Разнообразные электроприводы представим структурной схемой, показанной на рис. 2.2. Выделенными стрелками показан поток преобразования энергии от источника (И) до рабочей машины (РМ). Оба эти элементы, а также не показанный элемент — электротехническая служба — характеризуют все условия эксплуатации электропривода.
Механическая передача от двигателя к рабочей машине (Пдм) обычно удачно выбирается при типовом проектировании и редко нуждается в дополнительном согласовании. Хотя при детальном анализе выясняется, что Пдм позволяет существенно влиять на эксплуатационные свойства электропривода. Например, специальные муфты могут обеспечивать плавный пуск, регулирование частоты вращения, защиту от заклинивания рабочего органа и т.п.
Для согласования двигателя с условиями эксплуатации необходимо, прежде всего, проверить правильность выбора мощности (запаса мощности), исполнение, успешность запуска и ожидаемый нагрев изоляции. Иногда требуется проверить или согласовать по времени разбега при пуске или выбега при торможении.
Третий элемент - устройство защиты от аварийных режимов (УЗ) — обычно мало согласован как элемент конкретного электропривода, поскольку при проектировании не удается предусмотреть все особенности эксплуатации рабочей машины. Среди многочисленных устройств защиты необходимо выбрать такие, которые обеспечивают выполнение заданных требований по надёжности электропривода.
Аппараты присоединения к сети и запуска-останова двигателей обычно соответствуют критериям функционирования и эффективности. Вместе с тем, важно проверить эффективность альтернативных вариантов на бесконтактных элементах (тиристорные пускатели, регуляторы и т.п.).
Таким образом, задача сводится к полному или направленному перебору многочисленных вариантов. Поскольку условия эксплуатации задаются обычно диапазоном возможных значений параметров этих условий, то число вариантов возрастает на порядок. Дискретный характер всех факторов ещё больше усложняет поиск наилучшего решения.
Отмеченные трудности заставляют ограничивать поле поиска. Минимальный список альтернативных вариантов показан на рис. 2.3. Даже в этом случае удается сократить поле поиска лишь до 16 вариантов. При этом нет гарантии, что не пропущено лучшее решение. Все это заставляет разрабатывать теоретические основы оптимального согласования электропривода. [55]
Рассматриваемые элементы теории показывают возможность перехода от сравнения всех альтернативных вариантов к сравнению лишь вариантов отдельных морфологических признаков электропривода. Такое согласование не только сокращает объём рутинных расчётов, но и позволяет выявить закономерности правильного выбора варианта для каждого элемента структурной схемы, а также синтезировать оптимальный электропривод.
Рассмотрим синтез системы из двухвариантных элементов. Предполагается, что каждый вариант обеспечивает целевое функционирование системы. Например, электропривод обеспечивает заданное функционирование рабочей машины.
При традиционном подходе необходимо вычислить для каждого варианта значение критерия эффективности и выбрать наилучшее решение. Для расчётной схемы по рис. 2.4 такая задача является тривиальной, так поиск ограничен 4-я вариантами. В общем же случае задача становится сложной.
Сопоставления (2.3) и (2.4), (2.5) и (2.6) позволяет сделать вывод о том, что для выбора лучшего варианта необязательно исследовать полное уравнение критерия эффективности, а достаточно изучить составляющие тех элементов, по которым отличаются системы.
Исследовав все варианты сопоставление критериев (2.2) приходим к важному заключению: для выбора лучшей системы достаточно сопоставить между собой лишь варианты однотипных элементов и выбрать лучшие, а затем из лучших элементов составить оптимальную систему.
К такому же выводу мы придем если неравенство (2.4) выполняется, т.е. эффективным является второй вариант второго элемента. В этом случае, последующие варианты систем надо сопоставлять не с 1-м, а со 2-м вариантом систем. Нетрудно показать, что правило выбора наилучшего варианта системы по наилучшим вариантам элементов не имеет ограничений по количеству элементов. Действительно, при любом их числе (рис. 2.2, 2.4) в списке альтернативных вариантов систем найдутся 2 варианта отличающихся лишь вариантами одного элемента.
Новое устройство будет эффективнее старого если ущерб снизится до 1,2 единиц относительно ущерба при типовом варианте. Отсюда видно, что граница эффективности устройства зашиты зависит от особенностей электропривода, на котором оно применяется. В рассматриваемом примере при к„ =1,3 новое устройство будет заведомо не эффективно на электроприводах с у т 1,3. Если ставится цель снизить ущерб до у н, то по (2.8) можно определить наибольшую допустимую стоимость устройства защиты. Например, для предыдущего примера, когда у т = 1,5 и ставится задача исключить ущерб (у н =0), новое устройство защиты не должно превышать стоимость типового в 1,5 раза.
Зависимости (2,7) и (2,8) могут быть дополнены связью у и к с конкретными параметрами, характеризующими условия эксплуатации. К ним относятся интенсивность и: структура аварийных ситуаций, размер технологического ущерба и т.п. [20,86,56]. Тогда открывается возможность найти области оптимального применения всех альтернативных вариантов построения элементов структурной схемы электропривода.
Для многовариантных элементов структуры электропривода можно использовать разработанный метод попарного сравнения относительно типового варианта или относительно лучшего варианта. Часто альтернативные варианты представляют ряд элементов, отличающих друг от друга определяющим параметром, который выбирается по типовой шкале. Она образуется на основе использования коэффициента нарастания параметра, выбранного из ряда предпочтительных чисел. Например, провода нарастают по сечению с коэффициентом 1,3, мощность двигателей — 1,6 и т.д. В таких случаях целесообразно применять уточнённый метод попарного сравнения.
Расчет электромеханической постоянной времени электроприводов
Как уже говорилось в Гл 2, в теории электропривода сравнивая два двигателя можно оперировать как моментом инерции J, или маховым моментом GD . Эти величины взаимосвязаны и их связь определяется по формуле 3.1 т GD2 J=-r- 3.1 где J - момент инерции, Нм2, GD2 - маховый момент инерции, кГ м2, g=9,81. Как одно из сравниваемых параметров двигателей примем электромеханическую постоянную времени электропривода [41,59,99,110] Тм, которая рассчитывается (по одной из методик [41,59]) по формуле 3.2. TM=J z-sHi 3.2 где Тм - электромеханическая постоянная времени электропривода, с, о - угловая скорость вращения магнитного поля статора АД, рад/с, Мн — номинальный момент двигателя, Н м, sH — номинальное скольжение двигателя. Для удобства воспользуемся именно этой формулой, так как в большинстве современных источников при расчете электромеханической постоянной времени электропривода оперируют чаще всего моментом инерции, а не маховым моментом. Так как нам необходимо рассчитать электромеханическую постоянную времени электропривода, то есть сочетание ЭД, рабочей машины и их сцепляющего устройства, поэтому рассчитаем момент инерции отдельно для электроприводов с разными АД. Расчет момента инерции электропривода ведется по формуле 3.3: і эп 2-4 и 3.3 л В связи с тем, на АД моменты инерции есть в каталогах, поэтому расчет для них вестись не будет. Для расчета момента инерции отдельно рабочей машины (генератора) и сцепляющего устройства (муфты) воспользуемся формулой 3.4. T , _ f r2-rx J = m -L- + m 1 2 4 \2 + m. r3-rx \ 3.4 где mi и ri масса и радиус вала генератора соответственно, 1 и г2 масса и радиус якоря генератора соответственно, т3 и г3 масса и радиус муфты соответственно. Данные масс и диаметров определенны опытным путем и являются достаточно точными для расчетов.
Электромеханическая постоянная электропривода численно равна времени пуска электропривода при Mf=const=MN, умноженному на номинальное скольжение. Электромеханическая постоянная представляет так же время, в течении которого маховые массы электропривода, разряжаясь равномерно от запаса своей живой силы, соответствующей изменению скорости от по до Пм, смогли бы отдавать непрерывно мощность, равной номинальной мощности двигателя.
Таким образом, с помощью этой постоянной или её отношения к реальному времени разбега электропривода можно характеризовать динамические процессы, протекающие в АД, сравнивать двигатели с разными номинальными оборотами, и делать выводы о наилучших условиях работы АД с точки зрения запаса мощности АД.
С целью проверки теоретических расчетов и сравнения двух двигателей -А 42-4 и АИРЮОЬбУЗ были проведен опыт пуска электродвигателей с номинальным напряжением. При проведении опыта поддерживалось номинальное напряжение 380 В, температура окружающей среды + 20 С. Переменными фактором являлся коэффициент загрузки двигателя. Цель эксперимента сравнить два двигателя с разным сроком эксплуатации и выявить наилучший режим работы — оптимальную загрузку. Снятые характеристики приведены в таблице 3.1, 3.2 На рис 3.6 представлены осциллограммы пускового тока и оборотов двигателей при разной загрузке. Для более точного сравнения динамики разгона построим график зависимости отношения !р1и/Тмлир в зависимости от коэффициента загрузки и коэффициента запаса мощности -рис 3,7. АИРЮОЬбУЗ А 42-4 I Рис 3.6 Осциллограммы пускового тока и оборотов АД при разной загрузке: а - р= 1,0; 6- 0 = 0,9; в- 0 = 0,8; г- 0 = 0,7; д-0 = 0,6; е-хх Таблица 3.1 Результаты испытания АД АИР 100L6Y № Р 1,А и, В N, об/мин Іраз»сек їраз ТмАИРо.е. Ах, С 1 1 5.60 380 880 1.26 2,03 2 0.9 5.04 380 896 1.15 1,861 3 0.8 4.48 380 903 1.02 1,65 4 0.7 3.92 380 908 0.90 1,46 5 0.6 3.60 380 915 0.86 1,38 6 XX 3.00 380 940 0.8 1,29 Таблица 3.2 Результаты испытания АД А 42- № Р 1,А и, В N, об/мин їраз сек tpa3 TMA42о.е. Ах, С 1 1 6,10 380 1400 2,10 2,90 2 0.9 5,49 380 1430 2,04 2,83 3 0.8 4.88 380 1434 1,79 2,48 4 0.7 4,27 380 1449 1,72 2,38 5 0.6 3,66 380 1453 1,71 2,3 6 XX 2,50 380 1460 1,46 1,94 o.e. o . Z.,0 2 1 ч - » ---" m m u,o -n - 0,6 0,9. 0,3 0,7 0,8 0,2 0,1 0,4 0,5 Pp.e. Рис 3.7 Зависимость относительного времени разгона двигателя от его загрузки.
Здесь и в последующих графиках сплошной линией показана зависимости электродвигателя А 42-4, прерывистой - АИРЮОЬбУЗ.
Как видно из графика, динамика увеличения отношения tpa3/TM у обоих двигателей примерно одинакова, только за исключением того, что эти значения выше у старого двигателя примерно на 30-35%, что говорит уже о определенном износе узлов и деталей. Кроме того, анализируя данные графика видно, что данные tpa3/TM значительно увеличиваются в пределе коэффициента загрузки 0,8-0,9. Это говорит, что именно в этом режиме работы (по загруженности) маховые массы электропривода, разряжаясь равномерно от запаса своей живой силы, не могут достаточно «быстро» отдавать непрерывно мощность, равную номинальной мощности двигателя.
Так же, как видно из осциллограмм двигателей, время длительности пускового тока заметно снижается при нагрузке 0,8 или коэффициенте запаса мощности двигателя 1,2. У АД АИРЮОЬбУЗ такого «резкого» изменения подъема относительного времени tpa3/TM нет ( рис 3,7 ). И все же, если обратить внимание на динамику разгона электропривода, то при нагрузках в 1,0 и 0,9 разница в времени разгона составляет 1,11. То есть по этому показателю можно сделать вывод, что оптимальные пораметры работы этот АД покажет при коэффициенте запаса мощности —1.1. Исследование превышения температуры в этом опыте показало, что, так как Ат у обоих двигателей настолько мало, что им можно пренебречь. 3.5 Результаты пусковых испытаний АД с пониженным напряжением Опыт проводился для выявления оптимальной загруженности двигателя при пуске с пониженном напряжением. Опыт производился при неизменном напряжении питания АД А 42-4 и АИРЮОЬбУЗ равном 360 В, как наиболее часто встречающееся пониженное напряжение сети [29,34,39,76]. Опыт проводился при постоянной температуре охлаждающей среды в 20 С, в таблице 3.3 и 3.4 приведены уже значения Ат, определяемая как разность температуры обмоток статора и окружающей среды. Время проведения каждого опыта 3 с. Опытные численные данные опыта приведены в таблице 3.3 для АД А 42-4 и в таблице 3.4 для АД АИРЮОЬбУЗ.
