Понятие о допустимой частоте включений асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
Изложенные выше методы эквивалентирования по нагреву реальных и номинальных режимов двигателей достаточны для решения задач выбора и проверки мощности двигателей в большинстве практических случаев, в том числе и применительно к асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором. Однако отсутствие возможности вывода основной части мощности потерь скольжения во внешние по отношению к двигателю элементы электропривода и явление вытеснения тока требуют особого внимания и определяют необходимость рассмотрения особенности выбора асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором как самостоятельного сложного и в связи с широким использованием таких двигателей важного для практики вопроса.
Явление вытеснения тока в роторной цепи двигателей с глубоким пазом и двойной беличьей клеткой исключает возможность применения методов эквивалентного тока, момента и, тем более, мощности, поэтому единственным путем проверки по нагреву для рассматриваемых двигателей является метод средних потерь, применение которого в данном случае облегчается полученными в §5.3 приближенными формулами для расчета потерь энергии в переходных процессах. Для двигателей продолжительного режима работы влияние на нагрев двигателя пусковых и тормозных потерь может не учитываться, поэтому здесь рассмотрим работу асинхронных короткозамкнутых двигателей повторно-кратковременных режимов. Двигатели режима S3 рассчитаны на рабочий цикл продолжительностью t=10 мин, и в этом цикле учтено влияние пусковых и тормозных потерь при одном включении двигателя за цикл и шести включениях двигателя в час. Это спокойный режим, характерный для ряда кранов, но в большинстве случаев требуемая производительность механизмов выше, время цикла меньше номинального, частота включений двигателя в час
выше. Влияние пусковых и тормозных потерь энергии на нагрев двигателя существенно возрастает, и в интенсивных режимах, требующих сотен включений двигателя в час, становится определяющим. Поэтому для короткозамкнутых асинхронных двигателей, работающих в интенсивном повторно-кратковременном режиме с частыми пусками (S4) и электрическими торможениями (S5) вводится понятие допустимой частоты включений двигателя в час.
Для анализа влияния параметров электропривода на допустимую частоту включений воспользуемся методом средних потерь. Для повторно-кратковременного режима с одним включением двигателя в цикле (рис.5.14) пусковые и тормозные потери энергии определяются (5.25). Для пуска sнач=1, skoh=0:
для торможения противовключением sнач=2, sкон=1:
В (5.49) и (5.50) сопротивление R'2 в связи с эффектом вытеснения тока является функцией скольжения. В целях упрощения расчетов в эти формулы подставляются усредненные за время переходного процесса значения R'2 чем приближенно этот эффект учитывается.
Воспользовавшись формулой средних потерь, запишем
где
Знаменатель в формуле средних потерь представляет собой эквивалентное по теплоотдаче время цикла.
Здесь коэффициенты ухудшения теплоотдачи bуtср=tЦ.Экв/tц - усредненный за время цикла; bутп=bутт=(1+bут0)/2 - усредненный за время переходного процесса; bут0- коэффициент ухудшения теплоотдачи при w=0
С учетом выражения tц экв формулу средних потерь представим в виде:
Здесь DPном - номинальная мощность потерь в двигателе при ПВНОМ=100% Если в каталоге для двигателя режима S3 указаны данные только для ПВНОМ< 100%, тогда необходимо определить средние за номинальный цикл потери по формуле
и подставить в (5.51) взамен DPНОМ.
Следовательно, в общем случае для двигателей повторно-кратковременного режима DPном=DРсрном. Выразив из (5.51) tц с учетом (5.48) получим при DPср=DРср.ном:
Анализ (5.53) проведем, исходя из условия, что при увеличении частоты включений продолжительность включения не изменяется
При этом время установившейся работы
Следовательно, при увеличении частоты включений время установившегося движения электропривода уменьшается и при
становится равным нулю - зависимость w(t) на рис.5.14 принимает вид треугольника, средняя скорость электропривода снижается вдвое, нагрев двигателя полностью определяется потерями энергии в переходных процессах (5.49) и (5.50). Как правило, этот режим недостижим, так как Nдоп<Nmax, однако и при наличии участка установившегося движения влияние потерь DРуст/tуст на нагрев двигателя невелико, определяющими при Nдоп остаются потери в переходных процессах.
Формула (5.53) с учетом изложенного свидетельствует о том, что увеличения допустимой частоты включений можно достигнуть лишь двумя путями - применением независимой вентиляции двигателя, при которой by.t.cр=1, и уменьшением потерь энергии в переходных процессах DAП+DAТ.
Возможные пути снижения потерь энергии в переходных процессах вытекают из рассмотрения (5.49) и (5.50) с учетом aнализа, проведенного в §5.3. При данном JS=Jдв+Jмeх большей допустимой частотой включения обладают двигатели с повышенным скольжением, глубоким пазом и, особенно, с двойной беличьей клеткой, у которых усредненное за время переходного процесса отношение R1/R'2 меньше, чем у двигателей с нормальным скольжением и круглыми пазами. Дополнительное увеличение допустимой частоты включений достигается использованием динамического торможения вместо торможения противовключением или заменой электрического торможения механическим тормозом (переход от режима S5 к режиму S4). Как отмечено в §5.3, наиболее существенное снижение потерь в переходных процессах достигается использованием ступенчатого пуска и торможения двух-, трех-, четырехскоростных асинхронных двигателей. В наиболее ответственных случаях требуемая высокая частота включений асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором обеспечивается применением частотного управления электроприводом.
