Чем определяется момент сопротивления двигателя вращению стартером
Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Е. В. Кононенко, Б. А. Данчинов
Универсальные кривые для определения максимальных переходных моментов и токов рольганговых двигателей
Исследование электромеханических переходных процессов рольганговых двигателей на ABM с учетом насыщения стали потоками рассеяния
Экспериментальные исследования динамики самотормозящихся электродвигателей с электромагнитными вставками
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ _ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
ВЛИЯНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ И МОМЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИВОДА НА ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПУСКА И РЕВЕРСА РОЛЬГАНГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Е. В. Кононенко, Б. А. Данчинов
(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин"
и общей электротехники)
В зависимости от проводимого механизма двигатель может работать при различных моментах инерции, приведенных к его валу, и различных моментах сопротивления нагрузки. Поэтому оценка влияния различных маховых масс и моментов сопротивления в асинхронных, в частности, в рольганговых двигателях представляет практический интерес.
Эти исследования производились на АВМ типа МН-14 для рольгангового двигателя, имеющего следующие основные параметры в относительных единицах: гй = 0,0545, rr = 0,206, xm = 2,05, JpOT = 61,5. При рас-счетах использовались уравнения и схема модели, приведенные в [1].
Использование аналоговых вычислительных машин для этих целей исключает влияние целого ряда факторов случайного характера, неизбежных при экспериментальных исследованиях, позволяет быстро и просто производить исследования с изменением параметров привода в. широких пределах.
В общем случае уравнение движения электропривода имеет вид:.
dco ( О) d J у; dt 1 2~ ~~df
w ,, 1 uw , w U Jii , 1Чч
где М — вращающий момент двигателя,
Мс — момент сопротивления нагрузки,
Л 1' — суммарный момент инерции привода, приведенный к валу двигателя,
со —угловая скорость двигателя,
Правая часть уравнения (1) состоит из двух членов: первого — связанного с изменением скорости движения, второго—обусловленного изменением кинетической энергии системы вследствие изменения момента инерции в зависимости от угла поворота.
В приводах рольгангов момент инерции постоянен, от угла поворота роликов рольганга не зависит, а следовательно, второй член правой части уравнения (1) отпадает. В этом случае уравнение движения привода принимает вид:
Статический момент нагрузки Мс для разных рабочих машин имеет различный характер изменения. Основными факторами, от которых зави-
сит величина момента сопротивления, являются скорость, путь, время и особенности самого технологического процесса.
В соответствии с существующей классификацией исполнительных механизмов по характеру статического момента приводы роликов рабочих и транспортных рольгангов следует относить к классу механизмов с постоянным моментом сопротивления [2]. Поэтому при исследовании влияния момента сопротивления на переходные процессы полагалось, что Мс = const. Кроме того, в приводах рольгангов момент сопротивления нагрузки является реактивным, изменяющим свой знак при изменении направления движения. В связи с этим в схеме модели [1] предусмотрено изменение знака Мс в зависимости от знака скорости с помощью операционного реле ОПР-1.
На рис. 1 и 2 представлены осциллограммы пуска и реверса при различных значениях приведенного к валу двигателя моментах инерции при-
вода, где kj = —- —отношение суммарного момента инер-
ции J: к моменту инерции ротора Jp0T.
м п 2,5-г-3 можно считать практически не зависящими от добавочных масс. Объяснить это можно той же зависимостью коэффициентов затухания от скорости вращения.
При значительных маховых массах скорость ротора нарастает настолько медленно, что за время достижения переходным моментом своего первого максимума (0,005-^0,008 сек) она изменяется очень незначи
Рис. 3. Зависимости ударных тока и момента и времени переходных режимов от приведенного момента инерции Шс = 0). Индексы означают: п — пуск, р — реверс, т — торможение противовключением
Совершенно другая картина наблюдается при ^ Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Пригодность системы электростартерного пуска для двигателя внутреннего сгорания оценивается по условию nnnmin,, где nn - пусковая частота вращения коленчатого вала стартером при расчетной минимальной температуре tmin.
Минимальная пусковая частота вращения nmin является наименьшей для заданной температуры частотой вращения коленчатого вала, при которой пуск двигателя обеспечивается за две попытки старта продолжительностью 15 с для дизельных двигателей с интервалами между попытками в 1 мин. Она определяется по пусковым характеристикам, представляющим собой зависимость времени пуска двигателя от средней частоты вращения коленчатого вала.
Частоту вращения коленчатого вала nn для различных условий пуска определяют путем совмещения характеристик, определяющих зависимость момента сопротивления двигателя внутреннего сгорания от частоты вращения коленчатого вала MC.CP = f(nCP) и приведенных к коленчатому валу механических характеристик стартерного электродвигателя M2ПР = f(nCP). Приведение осуществляется по формулам и, гдеiP и P - передаточное число и КПД механической связи.
Величина среднего момента сопротивления определяется для режима установившегося прокручивания коленчатого вала. За время раскручивания вала вся работа сил трения переходит в тепловую энергию, которая идет на нагрев тонких слоев масла между трущимися поверхностями. Вязкость масла уменьшается. С возрастанием частоты вращения вала сила трения, а, следовательно, и тепловыделение увеличиваются. Время на охлаждение масла уменьшается, поэтому рост момента сопротивления замедляется при увеличении частоты вращения вала - момент сопротивления стремится к постоянной величине. Характер изменения момента сопротивления не зависит от начальной вязкости масла.
С понижением температуры момент сопротивления увеличивается, а механическая характеристика электростартера смещается вниз, поэтому частота вращения коленчатого вала nn уменьшается. Минимальная пусковая частота вращения, обеспечивающая запуск ДВС, с понижением температуры увеличивается. Произведя расчет характеристик MC.CP = f(nCP) и M2ПР = f(nCP) для различных температур, можно построить зависимости nn = f(t C) и nmin = f(t C), точка пересечения которых определяет значение минимальной температуры пуска ДВС для рассчитанной электростартерной системы.
Минимальная температура пуска - это наиболее низкая температура окружающего воздуха, при которой пуск двигателя на основном топливе и при 75% заряженности аккумуляторной батареи осуществляется не более чем за три попытки.
В качестве двигателя внутреннего сгорания выбираем четырехтактный четырехцилиндровый двигатель Mersedes-Benz ОМ 601.911.
Рабочий объем двигателя: Vh = 1997 cм 3 .
Степень сжатия: 22.
(8.1)
где mМАХ = 128 - число зубьев маховика;
mСТ = 9 - число зубъев шестерни стартера.
Принимаем, что используется моторное масло М-6В3. Вязкостно-температурные характеристики приведены на рисунке 13.
Рисунок 13 - Вязкостно-температурные характеристики моторных масел:
С уменьшением температуры аккумуляторной батареи увеличивается ее внутреннее сопротивление. Единые расчетные вольт-амперные характеристики аккумуляторных батарей приведены на рисунке 14.
Рисунок 14 - Единые расчетные вольт-амперные характеристики аккумуляторных батарей
Таким образом, получаем таблицу исходных данных для расчета характеристик работы стартерного электродвигателя на ДВС.
Таблица 3-Исходные данные для расчета характеристик работы стартерного электродвигателя на ДВС
Преобразователи частоты Теория АЭД Моменты
Из теории мы знаем что номинальный момент двигателя это момент на валу развиваемый при номинальной мощности и номинальных оборотах вала двигателя.
Как мы выясняли ранее под номинальным моментом понимают такой момент на валу электродвигателя, величина которого постоянна при постоянной номинальной частоте вращения вала.
Ранее мы рассмотрели подробно что представляет собой пусковой момент асинхронного электрического двигателя и по каким формулам можно посчитать значение пускового момента (новая статья). В этой статье мы приведем пример расчета значение пускового момента для линейки асинхронных электродвигателей. Для расчета мы будем использовать данные которые можно получить из паспорта двигателя: номинальный момент и кратность пускового момента по отношению к номинальному. Расчет будет выполнен по формуле:
Мпуск = Мн*Кпуск
где Мпуск - пусковой момент,
Мн - номинальный момент,
Кпуск - кратность пускового момента.
Исходные данные и результаты расчета сведены в виде таблицы. В первом столбце таблицы указаны маркировки двигателей, для которых был выполнен расчет. Второй столбец содержит данные о величине номинального момента. Третий столбец содержит данные о кратности пускового момента. В четвертом столбце приведены результаты расчета пускового момента.
Таблица Результаты расчета пускового момента асинхронных двигателей с использованием паспортных данных
Прежде чем изложить и проанализировать формулы для вычисления пускового момента вспомним что это такое. Под пусковым моментом понимают момент на валу двигателя при определенных условиях. Ключевыми условиями являются равенство нулю скорости вращения ротора, установившееся значение тока и номинальное напряжение на обмотках двигателя.
Для начала вспомнить что в теории электродвигателей понимают под критическим моментом. Момент критический - это максимально возможный момент на валу электродвигателя при достижении которого электродвигатель останавливается.
Подробнее про критический момент асинхронного двигателя.
Для определения численного значения критического момента можно использовать формулу:
Мкр = Мн*П
В некоторых механизмах на начальном этапе запуска привода необходимо обеспечить максимальный пусковой момент. Для решения этой задачи хорошо подходит асинхронный двигатель с фазным ротором. Кратко опишем, что он собой представляет. Асинхронный электродвигатель с фазным ротором имеет ротор, в пазы которого уложена обмотка. Тип соединения обмотки ротора "звезда". Концы фаз обмотки ротора подключают к специальным контактным кольцам. Кольца вращаются вместе с валом двигателя. В цель обмоток ротора может быть включен реостат для пуска и регулирования. Подключение реостата выполняется с помощью щеточного контакта скользящего по кольцам. Данный реостат является добавочным активным сопротивлением. Это сопротивление одинаково для каждой из фаз обмотки.
Благодаря возможности включения реостата в обмотку ротора в данных двигателях имеется возможность обеспечивать максимальное значение пускового момента уже на этапе запуска двигателя. При этом удается снизить пусковые токи. Эти двигатели используют для приводов механизмов с высокими требованиями к уровню пускового момента (например, пуск под нагрузкой).
Дополнительная информация о пусковом моменте асинхронного двигателя
Важным понятием в области физики твердого тела является понятие крутящего момента. Особое значение имеет это понятия в области электропривода. В этой статье мы разберем базовые понятия, связанные с крутящим моментом.
Для начала заметим, что крутящий момент часто называют так же моментом силы, вращательным моментов, вертящим моментом и вращающим моментом. Все эти термины являются синонимами. Хотя в некоторых практических приложениях их следует различать. Например, в технических задачах под "вращающим моментом" понимают внешнее усилие, прикладываемое к объекту, а под "крутящим моментом" понимают внутренние усилия, которые возникают в объекте под действием приложенных нагрузок. В нашей статье мы будем использовать термин крутящий момент.
Момент нагрузки – момент, создаваемый вращающейся механической системой присоединенной к валу асинхронного двигателя. В качестве синонимов в литературе встречается термин момент сопротивления. Момент нагрузки зависит от геометрических и физических параметров тел входящих в кинематическую цепь, присоединенную к валу двигателя. Как правило, при расчете момент сопротивления принято приводить к валу двигателя.
Тормозной момент – момент, развиваемый асинхронной машиной, в режиме торможения. В литературе встречается термин синоним: тормозящий момент. В рамках теории асинхронных электродвигателей рассматривают 3 режима торможения: генераторное, динамическое и торможение противовключением.
Критический момент асинхронного двигателя – наибольшее значение момента развиваемое электродвигателем. Этого значения момент достигает при критическом скольжении. Если момент нагрузки на валу двигателя будет больше критического момента, то двигатель остановится.
Номинальный момент асинхронного двигателя – момент, возникающий на валу двигателя при номинальной мощности и номинальных оборотах. Под номинальными данными понимают данные, которые определяются при работе двигателя в режиме, для которого он был спроектирован и изготовлен.
Пусковой момент на валу асинхронника – вращающий момент, который развивает на валу электрический асинхронный двигателя при следующих условиях: скорость вращения равна нулю (ротор неподвижен), ток имеет установившееся значение, к обмоткам электродвигателя подведено номинальное по частоте и напряжению питание, соединение обмоток соответствует номинальному режиму работы электродвигателя.
Электромагнитный момент – момент, возникающий на валу электродвигателя при протекании по его обмоткам электрического тока. В литературе встречаются синонимы этого термина: вращающий момент двигателя или крутящий момент электродвигателя. Так же часто попадаются вариации с более развернутой формулировкой: электромагнитный вращающий момент или электромагнитный крутящий момент.
В рамках современной теории асинхронных электрических машин применяют ряд терминов связанных с понятием момента. Часть этих терминов относится к моменту создаваемому на валу (на роторе) электродвигателя. Другая группа терминов определяет моменты создаваемые механической нагрузкой подключенной к валу электрического двигателя.
Эти термины определяют как сам момент развиваемый двигателем, так и различный состояния момента на выходном валу двигателя. Под состоянием подразумевается значение момента в кретических точках. Например номинальный момент или пусковой момент.
Задача 1. Для трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, имеющего номинальную мощность , включенного под напряжение сети , определить:
– способ соединения статорных обмоток и вычертить схему подключения электродвигателя;
– номинальный вращающий момент ;
– максимальный (критический) момент ;
– линейные и фазные номинальные токи ;
– скольжение при номинальной нагрузке ;
– мощность, потребляемая из сети при номинальной нагрузке.
Построить механическую характеристику электродвигателя по точкам, соответствующим скольжениям .
Определить для указанных точек скольжений моменты сопротивления механизма, приведённые к угловой скорости вращения вала электродвигателя.
Построить приведённую механическую характеристику механизма в одних координатах с характеристикой двигателя.
Определить значения момента на валу электродвигателя при установившемся режиме работы.
В тех же координатах построить график избыточного момента .
Задача 2. Определить приведённый момент инерции системы . С учетом данных задачи 1 определить время разбега электропривода от неподвижного состояния до номинальной угловой скорости вращения. Построить график зависимости угловой скорости вращения от времени при разгоне, совместив координату с графиком задачи 1.
Задача 3. По 4…6 точкам рассчитать и построить кривые нагрева и охлаждения электродвигателя при номинальной длительной нагрузке. Аналитическим и графическим способами определить постоянные времени при нагреве и охлаждения и установившееся превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды .
Определить допустимую мощность электродвигателя, если он будет работать в повторно-кратковременном режиме с заданной ПВ%.
Задача 4. по результатам задач 1…3 произвести проверку устойчивости пуска электродвигателя при снижении питающего напряжения на , и проверку устойчивости работы электродвигателя привода при номинальной нагрузке при снижении питающего напряжения на . Решение выполнить графически в относительных координатах .
Решение Задачи 1.
Определяем номинальный момент двигателя
где – номинальная мощность на валу электродвигателя, =5500Вт;
– номинальная угловая скорость вала, определяется по формуле
Номинальную частоту вращения, находим через номинальное скольжение
где – частота вращения магнитного поля, мин -1 .
Частоту вращения магнитного поля находим из выражения
где – частота питающей сети, ;
– число пар полюсов обмотки статора, .
Подставляем исходные данные в формулы и получаем
Определяем критический момент по формуле
где – перегрузочная способность электродвигателя, .
Определяем пусковой момент по формуле
где – кратность пускового момента, .
где – фазное напряжение, ,
– номинальный коэффициент мощности, ,
Подставляем числа в формулы и получаем
Определяем пусковые токи , через кратность пускового тока , следовательно , при значении получаем
Определяем критическое скольжение по формуле
Подставляем числа и получаем
Мощность, расходуемая электродвигателем из сети
Определение момента двигателя для построения механической характеристики производиться по различным формулам. При скольжении малых (от 0 до 0,3) для упрощения расчетов пользуемся формулой Клосса
При скольжениях больших (от 0,3 до 1) значение момента, полученные расчетом по формуле Клосса, не точны, чем больше скольжение, тем больше ошибка. Поэтому будем пользоваться формулами
Считаем для остальных значений скольжения и полученные данные заносим в таблицу 1. По данным таблицы 1 строим механическую характеристику электродвигателя (рисунок 2); по горизонтали откладываем ; по вертикали откладываем .
Находим номинальную частоту вращения рабочей машины
где – передаточное число редуктора.
Уравнение механической характеристики рабочей машины, приведенное к частоте вращения вала двигателя имеет вид
где – номинальный приведенный момент сопротивления механизма, его принимаем равным номинальному моменту двигателя, ;
– начальный приведённый момент сопротивления механизма, можно принять равным , ;
– текущее значение угловой скорости вращения электродвигателя, рад/с;
– показатель степени уравнения (для вентилятора, насоса ).
Текущая угловая скорость вращения вала электродвигателя может быть выражена через номинальную приближенно так:
Тогда предыдущее уравнение приведённого момента механизма запишется:
При скольжении получаем момент сопротивления
Аналогично считаем момент сопротивления механизма для остальных значений скольжений, и полученные данные заносим в таблицу 1. Далее строим механическую характеристику рабочей машины на рисунке 2.
Таблица 1 – Зависимость момента двигателя и момента сопротивления механизма от угловой скорости.
Читайте также: