Диаграмма двигателя


Индикаторная диаграмма двигателя | Индикаторная мощность ДВС

     Здравствуйте! Диаграмму цикла двигателя внутреннего сгорания, вычерченную в системе координат v — p и характеризующую величину работы, получаемой в цилиндре двигателя за один цикл, можно построить на основе расчетов (теоретическая диаграмма), или снять непосредственно с работающего двигателя его индицированием (действительная индикаторная диаграмма) специальными приборами — индикаторами.

     На рис. 1. изображена индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя. Полезная площадь диаграммы равна алгебраической сумме положительной площади (со знаком «+»), соответствующей работе за такты сжатия и расширения, и отрицательной площади (со знаком «-»), которая соответствует работе, затраченной на осуществление тактов впуска и выпуска (насосная работа).

В двухтактных двигателях вся площадь индикаторной диаграммы представляет собой полезную индикаторную работу. Работа цикла определяется из выражения Li = piFS = piVh, где рi — среднее индикаторное давление, Па; F — площадь поршня, м2; S — ход поршня, м; Vh — рабочий объем цилиндра, м3.

      Среднее индикаторное давление находят по индикаторной диаграмме следующим образом. Планиметром или каким-либо другим способом измеряют площадь f (в мм²) индикаторной диаграммы, представляющую собой индикаторную работу. Разделив полученную площадь f на длину l (в мм) индикаторной диаграммы, получают высоту h (в мм) прямоугольника, равновеликого по площади индикаторной диаграмме. Эта высота с учетом масштаба оси ординат равна среднему индикаторному давлению: pi = f/lm, где m — масштаб оси ординат (давлений) индикаторной диаграммы, мм/Па.

     Таким образом, среднее индикаторное давление равно некоторому условному постоянному давлению, под действием которого поршень в процессе расширения газа создает работу, равную фактической работе газа в цилиндре за один цикл (индикаторной работе).

      Среднее индикаторное давление зависит от количества подаваемого в цилиндр топлива и изменяется с изменением нагрузки двигателя. Для различных двигателей оно имеет различные значения в зависимости от применяемого цикла, коэффициента избытка воздуха, степени сжатия и др. Наибольшее среднее индикаторное давление достигается в авиационных двигателях, в которых сжигание топлива происходит с минимальными коэффициентами избытка воздуха.

     Величина рi является очень важной характеристикой, так как работа двигателя, при определенных размерах цилиндра Vh прямо пропорциональна среднему индикаторному давлению. Мощность, развиваемая в каждом цилиндре и соответствующая индикаторной работе Li, определяется по формуле

(1)

где n— число оборотов в минуту; i — тактность двигателяДля многоцилиндрового двигателя простого действия с числом цилиндров z общая мощность равна

(2)

     Согласно формулам (1) и (2), мощность двигателя можно повысить за счет увеличения размеров Vh и числа цилиндров z, а также числа оборотов n или за счет уменьшения тактности i. Наиболее эффективным способом увеличения мощности двигателя является применение наддува, увеличивающего среднее индикаторное давление. В двигателях с наддувом свежая смесь предварительно сжимается в компрессоре, благодаря чему увеличивается масса заряда в цилиндре. В результате в том же объеме цилиндра сжигается больше топлива и, следовательно, развивается большая мощность. В некоторых дизелях применение наддува приводит к увеличению мощности в 1,5—2,5 раза.

     Эффективная мощность равна разности индикаторной мощности и мощности, затрачиваемой на преодоление сил трения и привод вспомогательных устройств: Ne = Ni — Nтр. Мощность, затрачиваемую на механические потери, и эффективную мощность двигателя, определяют опытным путем.

     Таким образом, увеличение мощности двигателя достигается повышением степени сжатия, увеличением числа оборотов, количества цилиндров, применением двухтактного процесса, наддува, использованием полостей цилиндра по обе стороны поршня в качестве рабочих (двигатели двойного действия) и снижением различного рода потерь энергии. Исп. литература: 1) Теплотехника, под ред. И.Н.Сушкина, Москва, «Металлургия», 1973. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.

teplosniks.ru

§ 9.9. Круговая диаграмма асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя могут быть построены по круговой диаграмме. Круговая диаграмма с достаточ­ной точностью позволяет проследить характер изменения основных параметров двигателя при изменении его нагрузки Р2 и получить их численные значения.

При прохождении тока I по простейшей электрической цепи, состоящей из постоянного по величине индуктивного сопротивле­ния х (рис. 9.10, а) и переменного активного сопротивления г, на участках цепи создается падение напряжения, имеющее активную Ua=Ir и индуктивную UL=Ix составляющие. Векторы паде­ний напряжений образуют прямоугольный треугольник напряже­ний ABC (рис. 9.10, б) с постоянной гипотенузой АС=U. Из гео­метрии известно, что вершина прямоугольного треугольника В лежит на окружности, описанной на диаметре АС и являющейся геометрическим местом точек В.

Рис. 9.10. Основа построения круговой диаграммы

Если стороны прямоугольного треугольника ABC разделить на х, то будет получен треугольник HDC, являющийся треуголь­ником токов (рис. 9.10, в). Вектор HD является вектором тока I.

Конец вектора HD=I при изменении величины активного сопротив­ления r(U=const, x=const) описывает окружность HDC круга токов.

Вектор напряжения U откладывается в положительном направ­лении оси ординат. Вектор тока HD=I образует с напряжением U углы и т. д. в зависимости от нагрузки.

При r=оо ток I=0 и угол =0; при r=0 (чисто индуктивная нагрузка) ток I=НС = U/x и отстает от напряжения U на 90°.

На рис.9.5 была приведена схема замещения асинхронного двигателя. При построении круговой диаграммы обычно пользуются преобразованной схемой замещения, в которой намагничивающий контур выделен в самостоятельную цепь (рис.9.11). Рабочий и намагничивающий контуры независимы друг от друга, к их зажимам приложено напряжение U1. По рабочему контуру протекает ток I2', по намагничивающему контуру - ток I0.

Рис. 9.11. Схема замещения асинх­ронного двигателя с выделенным намагничивающим контуром

Работа намагничивающего контура определяется векторной диаграммой, приведенной на рис. 9.12, а. Индуктивное сопротивление намаг­ничивающего контура несравненно больше активного. Угол близок к 90е. Рабочий контур схемы замещения подобен схеме, изображенной на рис. 9.5. Этот контур содержит индуктивное сопротивление x2'+x1 и переменное активное сопротивление r1= r2'/s.

При изменении величины скольжения s меняется геометрическое место точек вектора тока на окружности

Рис. 9.12. Круг токов

Круговая диаграмма представляет собой совмещение диаграмм рабочего и намагничивающего контуров (рис. 9.12, б). На приве­денной диаграмме потребляемый двигателем ток равен геометри­ческой сумме токов I1=Io+(- I2')-

Круговая диаграмма строится на основании опытов холостого хода и короткого замыкания.

При проведении опыта холостого хода (рис. 9.13) двигатель ра­ботает вхолостую. Параметры холостого хода I0 и P0 снимают при

Рис. 9.13. Опыт холостого хода асинхрон­ного двигателя

различных значениях подводимого напряжения, которое изменяет­ся от 0,5 до 1,2 (/„, с помощью поворотного трансформатора ПТ. Обычно круговая диаграмма строится при Ui=Uia. По показаниям измерительных приборов получают значения /0 и Ро для напряже­ния U1н, подводимого к обмотке статора. По полученным данным вычисляют

Опыт короткого замыкания проводят по схеме, изображенной на рис. 9.13, но при заторможенном роторе и замкнутой накоротко его обмотке; напряжение при этом понижается до (0,15—0,25) UH. Проводить опыт короткого замыкания при номинальном напряже­нии нельзя, так как в этом случае ток короткого замыкания /к3 может составить (74) Iн.

Мощность короткого замыкания РКЗ. определяется по пока­занию ваттметра при напряжении UКЗ при котором ток Iк.3 = Iн

Полученные данные Iк.3 и PК.З пересчитывают на номинальное напряжение:

Сопротивления гК3 и хКЗ считаются неизменными, при пересчете также не меняется и определяется по формуле.

Построение линии тока. Для построения круговой диаграммыиспользуются данные опытов холостого хода и короткого замыка­ния: ток холостого хода I0 при номинальном напряжении и частоте; мощность при холостом ходе P0; фазный ток статора короткого за­мыкания IКЗ при номинальном напряжении, полученный при пересчете по формуле

потери короткого замыкания при номинальных напряжении и частоте, полученные в результате пересчета по формуле сопроти вление фазы обмотки статора r1 приведенное к рабочей температуре.

Построение начинают с вектора U1 приложенного к двигателю напряжения, который откладывают по оси ординат (рис. 9.14). За­даются масштабом тока и под углом к вектору напряжения U1 про­водят вектор тока холостого хода IО=0H, а под углом — век­тор тока короткого замыкания IКЗ.=ОК. Точки Н (конец вектора тока IО) и К (конец вектора IК.ЗН) соединяют прямой линией НК и из ее середины, точки М, опускают перпендикуляр до пересечения с линией НС, проведенной из точки Н параллельно оси абс­цисс. Точка О1 пересечения перпендикуляра MО1 с основанием НС является центром окружности токов, из которого радиусом О1Н строят окружность токов.

Рис9.14 построение круговой диаграммы

Для определения величин токов из точки О в выбранном мас­штабе откладывают вектор OD тока нагрузки IH. При изменении нагрузки точка D (конец вектора OD) перемещается по окружности НК. При холостом ходе точка D совмещается с точкой Н, а при коротком замыкании — с точкой К..

Если точку D соединить с точкой Н, то получится треугольник токов ODH. Из этого треугольника, зная масштаб токов mi опре­деляют ток I2'=HD- Если же из точки D опустить перпендикуляр. на ось абсцисс ОЕ, то из прямоугольного треугольника ODa оп­ределяют активную составляющую тока I1a= miDa и реактивную составляющую тока I1p=mi0а.

Построение линий мощности. Подведенная к двигателю мощ­ность P1 определяется по формуле P1=. Если U1=const, a , то подведенная мощность пропорциональна актив­ной составляющей тока статора (P1=I1a). Изменение нагрузки вы­зывает одновременное перемещение точки D по окружности токов И точки а по оси абсцисс. Отсюда подведенная мощность может быть определена по формуле P1= mpDa, где mp= U1H, mp-мас­штаб мощности.

Так как отсчет подведенной мощности всегда производится от оси абсцисс, то линия ОЕ называется линией подведенной мощности,

Линия полезной мощности Р2 на круговой диаграмме представ­ляет собой прямую, проходящую через точки на окружности токов, в которых полезная мощность равна нулю, т. е. через точки Н и K .Отсюда, линия НК является линией полезной мощности, а полезная мощность Р2 Для тока нагрузки I1H=OD определяется отрезком Db с учетом масштаба мощности P2= mpDb.

Линия электромагнитной мощности Рэм является одновременно линией вращающего момента М. Для построения линии электромаг­нитной мощности Рэм и вращающих моментов М надо опустить из точки К перпендикуляр на линию НС. Полученный отрезок КК3 делится в отношении

где активное сопротивление одной фазы обмотки статора при опыте к.з.

r1 -активное сопротивление одной фазы обмотки статора

Вычислив и наметив положение точки K2 на отрезке ККз, проводят через нее и точку Н (в которой скольжение s=±0) пря­мую до ее пересечения с окружностью тока — точка Т. Пря­мая НТ и является линией электромагнитной мощности и вращаю­щих моментов, проходящей через точки, в которых скольжение s=0 (точка H) и s= ± (точка Т).

Величина электромагнитной мощности определяется по формулеPЭM= mpDc, а вращающий момент — по формуле M=mMDc (где

Построение линии скольжения. Для построения линии скольжения из точки Н восстанавливают перпендикуляр Ht и проводят параллельно линии электромагнитной мощности НТ прямую tQ, пересекающую перпендикуляр Ht и продолжение линии НК.. Полученный отрезок прямой tQ делят на 100 равных частей (вели­чина скольжения в %). Величина скольжения для данной на­грузки определяется продолжением линии HD=I2' до пересече­ния с линией скольжения. Численное значение на шкале соответ­ствует величине скольжения.

Графическое определение коэффициента мощности. Для опре­деления величины коэффициента мощности на оси ординат строят окружность произвольного диаметра. Коэффициент мощности определяется как отношение Oh/Of. Если диаметр окружности взять равным 100 мм, то =Oh/100 .

Графическое определение к. п. д. Для графического определения величины к. п. д. двигателя строят шкалу к. п. д. в %. Для этого продолжают линию полезной мощности НК за линию абсцисс. Из точки L, пересечения продолжения линии полезной мощности НК с линией абсцисс ОЕ, опускают перпендикуляр — линию суммар­ных потерь. Шкалу к. п. д. проводят параллельно линии подве­денной мощности между продолжениями линий полезной мощности и суммарных потерь — прямая mn. При этом следует стремиться к тому, чтобы отрезок линии mn удобно делился на 100. Фактическое значение к. п. д. при заданной нагрузке определяется показанием шкалы в точке пересечения прямой линии, проведенной через точки

D и L.

Построение рабочих характеристик. Рабочие характеристики асинхронных двигателей небольшой мощности могут быть опре­делены в результате измерений тока I1, мощности Р1 скорости вращения п2 и момента М на валу машины при различных нагруз­ках. По данным измерений рассчитывают Р2, , скольжение и к. п. д. . У машин средней и большой мощности результаты из­мерений не всегда дают достаточно точные результаты. Рабочие характеристики в этом случае могут быть определены косвенным путем при помощи круговой диаграммы. Для их построения исполь­зуют либо расчетные, либо опытные данные, полученные из опытов холостого хода и короткого замыкания.

Порядок построения круговой диаграммы разобран выше. Зада­ваясь различными значениями токов статора I1 (0,25, 0,5, 0,75, 1,0 и 1,25 IH) и масштабом тока, строят на окружности точки D1 D2, D3 и т. д. и в масштабе основные линии и характеристики.

studfiles.net

Построение теоретической индикаторной диаграммы

Для проверки правильности соотношений между основными параметрами цикла и получения наглядного представления о из­менении состояния газа в разные моменты, по данным расчета, строят теоретическую индикаторную диаграмму в координатах р—V (рис. 205).

Так как объемы цилиндра неизвестны, прини­мают Va = Vc + Vs = Aмм и, откладывая значение А по оси V, проводят линию н. м. т. Из отношения ? = Va / Vc находят Vс = Va / ? и в масштабе чертежа Vc = A / ? откладывают значение Vc по оси абсцисс. Проводят линию в. м. т. Затем выбирают масштаб ординат. Для нормальных соотношений длины и высоты диаграммы отно­шение Vs / pz (в масштабе) должно быть в пределах 1,3—1,6. После этого проводят в выбранном мас­штабе линию атмосферного дав­ления р0.

Характерные точки цикла лежат на линиях в. м. т. (точки cz' и r) и н. м. т. (точки а н е). Их положение на этих линиях определяют по известным значе­ниям давлений рa, рс, pz'=pz, ре и рr. Координаты точки z нахо­дят, зная величину рz и Vz = ?Vc . В масштабе оси абсцисс откладывают Vz = ? A / ? . Соединив точки cz', z прямыми cz' и z'z, получают графическое изо­бражение участка сгорания топ­лива cz'z. От точки r вправо до пересечения с линией н. м. т. и от точки а влево до пересечения с линией в. м. т. проводят прямые, параллельные оси V, и получают изображение процессов наполне­ния и выпуска.

Исходным выражением для построения процесса сжатия ас служит уравнение политропы сжатия pVn1=pcVcn1, где р н/м2 и V м3 — текущие значения дав­ления газа и объема цилиндра. Из приведенного выше выражения политропы получаем исходную формулу

Задаваясь рядом значений текущего объема цилиндра V от Vс до Vа, получают величины давлений газа р, отложив которые в масштабе оси ординат для соответствующих объемов V нахо­дят точки политропы ас. Соединив эти точки плавной кривой, получают графическое изображение процесса сжатия ас.

Аналогично строят и кривую расширения zе, исходя из урав­нения политропы расширения

На рис. 205, б показано построение политропы zе графиче­ским методом. Отложив координаты точек z и е, проводят полу­окружности с диаметрами оz' и ое'. Точки z и е проектируют на полуокружности. Из точек пересечения k и т радиусами оk и от проводят kk' и тт', а через точки k и т'— горизонталь и верти­каль до их пересечения в точке l, которая и будет промежуточной точкой политропы. Затем находят другие точки и, соединив их плавной кривой, получают политропу zе. Аналогично строят поли­тропу ас.

Индикаторная диаграмма для двухтактного двигателя (рис. 206) строится так же, как и для четырехтактного, но точка а, характеризующая начало сжатия, будет соответствовать мо­менту закрытия впускных или выпускных окон (смотря какие закрываются позже). При построении диаграммы двухтактного ди­зеля Vа= Vс+ Vs’ =Aмм по оси V откладывают значение Aмм и проводят линию начала открытия окон, на которой лежат точки а и е, характеризующие начало сжатия и конец расширения. Так же как и для четырехтактного дизеля Vа = A / ?, причем под ? здесь понимают действительную степень сжатия — отношение объема цилиндра Vа в момент закрытия окон к объему камеры сжатия Vс. Участок сгорания сz'z политропы ас и zе строят так, как изло­жено выше.

Чтобы получить линии процесса выпуска — продувки еd и аа', надо определить объем Vп, занятый окнами.

Отношение ?s = Vп / Vs , где Vs — объем, описываемый поршнем при движении от в. м. т. и н. м. т., т. е. полный ход поршня. По­лезный ход поршня, на протяжении которого происходит процесс расширения, равен

Приравняв правые части двух последних равенств, получают

Величину Vп откладывают по оси V и тем определяют положе­ние точки а'. Участок еа'а вычерчивается приближенно, от руки.

vdvizhke.ru

44.Векторная диаграмма асинхронного двигателя.

Для построения векторной диаграммы асинхронного двигателя необходимо чтобы параметры цепи ротора были приведены к цепи статора. Это достигается заменой числа витков одной фазной обмотки w2, с числом фаз m2 и обмоточным коэффициентом kоб2 на w1, m1, kоб1.

Энергетические параметры должны быть пересчитаны правильно, для того чтобы сохранить энергетические соотношения в двигателе.

ЭДС приведенной вторичной обмотки

Коэффициент трансформации токов

Отсюда приведенный ток вторичной обмотки

В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором числа фаз m1 и m2 не равны, потому что каждый стержень короткозамкнутой обмотки рассматривается как отдельная фаза, число витков такой обмотки w2=0.5, а число фаз равно числу стержней m2=Z2. Обмоточный коэффициент для такой обмотки kоб2=1. Исходя из этого ke≠ki, в отличие от трансформатора.

Активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки

Угол сдвига фаз между E2’ и I2’

Уравнения токов, напряжений статора и ротора

На основании этих уравнений выполняется построение векторной диаграммы асинхронного двигателя

.

45-46.Опыт холостого хода асинхронного двигателя.

Характеристики холостого хода представляют собой зависимости тока, мощности активной и реактивной, частоты вращения вала и коэффициента мощности от величины подводимого к двигателю напряжения в режиме холостого хода:

I0; P0; Q0; n0; cosφ0 = f (U0).

Порядок проведения опыта холостого хода изложен в п. 1.5 данных методических указаний. Приборы, замеряющие ток, мощность и напряжение в цепях двигателя, выбираются по номинальному напряжению и величине тока холостого хода, который у асинхронных двигателей составляет 25 – 50 % от номинального тока. У исследуемого двигателя IН = 0,35 А и UНЛ = 127 В. После пуска двигателя в ход выводят до нуля пусковые сопротивления в цепи ротора. При снятии характеристик в режиме холостого хода двигателя подводимое напряжение U0 изменяется от повышенного значения, примерно на 10 – 20 % выше номинального U0 = 1,2 UН, до величины U0 = 0,4 UН, при которой еще возможна устойчивая работа двигателя. Дальнейшее снижение напряжения ведет к заметному уменьшению частоты вращения вала и увеличению потребляемого из сети тока. Для контроля этого эффекта полезно снять зависимость Q0 и частоты вращения n0 вала двигателя от величины напряжения холостого хода. Как только потребляемый из сети ток начнет расти по мере уменьшения напряжения, следует прекратить дальнейшее снижение напряжения и прервать проведение опыта.

Изменение напряжения на двигателе производится переключением отпаек обмоток трехфазных трансформаторных групп на первичной и вторичной сторонах. Следует иметь в виду, что переключение напряжения на первичной стороне трансформатора в сторону больших напряжений ведет к уменьшению напряжения на вторичной стороне. На вторичной стороне трансформатора для уменьшения напряжения на двигателе следует переключатель устанавливать на меньшие значения. Во всем диапазоне измерений делают 6 – 7 замеров. При этом обязательно надо снять точки при напряжении несколько выше номинального и ниже половины его номинального значения. Данные измерений занести в табл. 3.1.

В таблице приняты обозначения: U0Л – линейное напряжение сети, В; I0Л – линейный ток сети, А; PW0 – активная мощность одной фазы, Вт; QW0 – реактивная мощность одной фазы, вар; n0 – частота вращения вала, об/мин. Остальные величины пояснены в ходе расчета.

Таблица 3.1. Характеристики холостого хода

Из опыта

Из расчета

U0Л, B

I0Л, A

PW0, Вт

QW0, вар

n0, об/мин

U0Ф, B

Q0, вар

Р0, Вт

рэл1, Вт

рмх+рст+рд Вт

cosφ0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Опыт короткого замыкания асинхронного двигателя.

а) Асинхронные двигатели

Опыт короткого замыкания для асинхроного двигателя позволяет сделать проверку паек и соединений по нагреву. Кроме того, этот опыт позволяет проверить качество заливки короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей. Если есть дефектызаливки (трещины, незалитые пазы), то при поворачивании ротора ток короткого замыкания статора будем менять свою величину.

Для проведения опыта необходим источник трехфазного напряжения с регулировкой в пределах от 0,1 UH до UH, где Us — номинальное напряжение испытуемого двигателя.

Двигатель включается на это напряжение через измерительную схему, позволяющую измерять токи по фазам, напряжение фаз и мощность, потребляемую двигателем.

Ротор двигателя должен быть заторможен. Фазный ротор должен быть замкнут накоротко.

Регулировкой напряжения устанавливается ток короткого замыкания, равный номинальному. При поворачивании ротора проверяется, как изменяется статорный ток, и записываются наибольшая и наименьшая величины его, напряжение на обмотке двигателя, мощность, потребляемая двигателем.

После записи указанных данных следует выключить переменный ток и измерить сопротивление обмоток для того, чтобы знать, при какой температуре обмоток измерена мощность, потребляемая двигателем. Эти данные нужны для сравнения полученных результатов с результатами измерений при предыдущих ремонтах двигателя.

Неизменность данных опыта короткого замыкания, а также данных измерений при холостом ходе будет свидетельствовать о неизменных характеристиках двигателя.

Опыт короткого замыкания следует совместить с испытанием на перегрузку по току, которая согласно ГОСТ 183-55 для бесколлекторных машин переменного тока (асинхронных, синхронных) производится при токе 1,5 /н, где /в — номинальный ток в течение 1 мин для

машин мощностью до 0,6 кет и 2 мин для машин мощностью выше 0,6 кет *.

Во время испытания не должен иметь место значительный местный нагрев отдельных паек, соединений, контактов и т. д.

studfiles.net

Принцип действия и индикаторная диаграмма двухтактного дизеля

Рабочий цикл двухтактного двигателя осуществляется за два такта (за один оборот коленчатого вала). Процессы выпуска и наполнения ци­линдра воздухом происходят только на части хода поршня (130—150° пово­рота коленчатого вала), а потому они значительно отличаются от таких же процессов в четырехтактных двигателях.

Процессы очистки цилиндра (выпу­ска) и продувки (наполнения) весьма сложны и зависят и от типа двигателя, и от самого устройства органов продувки и выпуска. В судовых двухтактных дизелях нашли применение различные устройства органов продувки и вы­пуска, т. е. различные системы продувок.

На рис. 8 изображена схема устройства двухтактного дизеля тронкового типа с прямоточно-клапанной продувкой.

В нижней части боковой поверхности рабочего цилиндра расположены продувочные окна, а в крышке цилиндра — выпускные клапаны. Продувоч­ный воздух нагнетается в цилиндр продувочным насосом (в рассматриваемой схеме — продувочный насос роторного типа, или объемный насос). Он рас­положен сбоку и приводится в действие от распределительного вала. Вы­пускные клапаны приводятся в действие от распределительного вала, число оборотов которого равно числу оборотов коленчатого вала.

Индикаторная диаграмма данного двигателя показана на рис. 9.

Первый такт — сжатие воздуха в цилиндре начинается с момента пере­крытия поршнем продувочных окон (точка 7, рис. 8 и 9). Выпускные кла­паны закрыты. Давление воздуха в конце сжатия (точка 2) достигает 35— 50 кГ/см2 и температура 700—750° С.

Второй такт включает горение топлива, расширение продуктов сго­рания, выпуск и продувку. Процесс подачи топлива в цилиндр и его сго­рание заканчиваются так же, как и в четырехтактном дизеле, и осуще­ствляются в период расширения (точка 3). Начало подачи топлива — точка 2' (рис. 9), а точка 2 — конец сжатия.

Максимальное давление цикла достигает 55—80 кГ/см2, а температу­ра 1700—1800° С.

При дальнейшем движении поршня от ВМТ к НМТ происходит расши­рение продуктов сгорания и в момент открытия выпускных клапанов (точка 4), которые открываются раньше открытия кромкой поршня продувоч­ных окон, начинается выпуск.

Открытие выпускных клапанов раньше открытия продувочных окон необходимо для снижения давления в цилиндре до давления продувочного воздуха к моменту открытия продувочных окон.

Следовательно, с момента начала открытия порш­нем продувочных окон (точка 5) до полного их открытия (точка 6) и вновь до момента закры­тия окон (точка 1, при обратном движении поршня от НМТ к ВМТ) происходит процесс продувки цилиндра.

Продувочный воздух, заполняя цилиндр, поднимается вверх, вытесняя отработавшие газы из цилиндра через клапаны в выпускной тракт.

Таким образом происходит одновременная очи­стка цилиндра от отработавших газов и на­полнение цилиндра свежим зарядом воз­духа.

Закрытие выпускных клапанов (конец вы­пуска) производится несколько позже закрытия поршнем продувочных окон (точка 6), что спо­собствует лучшей очистке верхней части цилин­дра от отработавших газов.

После закрытия выпускных клапанов рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

На рис. 10 приведена развернутая индикаторная диаграмма рассма­триваемого двухтактного дизеля, а на рис. 11—его круговая диаграмма рас­пределения. Обозначения фаз распределения такие же, как и на рис. 9.

Как видно на индикаторной диаграмме, давление в цилиндре всегда выше атмосферного. Величина минимального давления в цилиндре зависит от величины давления продувочного воздуха. Давление продувочного воз­духа составляет 1,2—1,5 ата и при работе двигателя с наддувом повы­шается до 2,5 ата.

На круговой диаграмме (см. рис. 11) углы обозначают следующие фазы распределения.

vdvizhke.ru

Энергетика

Глава седьмая Элементы проектирования электропривода.

7.1. Общие сведенияОбычно простые задачи проектирования имеют примерно следующие формулировки: взамен устаревшего электропривода данной установки разработать современный, с лучшими техническими и экономическими показателями; взамен нерегулируемого электропривода агрегата применить регулируемый; разработать электропривод, которым можно заменить импортный, не обеспеченный запасными элементами; разработать электропривод какой-либо уникальной установки – испытательного стенда, специального транспортера и т.п.Все задачи проектирования совсем не простые, поскольку могут быть решены различными, в общем случае совсем не равноценными способами, а выбор одного решения, которое и будет затем реализовываться, должен быть сделан на основе ряда критериев при учете системы конкретных ограничений. Назовем основные этапы инженерного проектирования.Формулировка задачи – первый этап проектирования. Это точное указание того, что есть и чем это не устраивает и что и в каком смысле должно стать лучше после реализации проекта. На этом этапе не нужны детали, нужны лишь самые главные черты объекта до и после проектирования. Если этот этап выполнен плохо, очень велика опасность, что весь дальнейший труд будет потрачен впустую.Анализ задачи – второй этап проектирования – выявление всех существенных качественных и количественных признаков создаваемого объекта в исходном (до проектирования) и конечном (после проектирования) состояниях, определение ограничений и назначение критериев, по которым будет оцениваться качество спроектированного объекта.Поиск возможных решений – это третий этап проектирования. Здесь в первую очередь необходимы знания, но кроме знаний нужно нестандартное мышление, умение избегать как консерватизма, так и поспешности; очень полезны аналоги, разумеется, при критическом к ним отношении, посещение выставок, чтение литературы, консультации и т.п.Даже в простом случае уместно предложить несколько (много) решений, которые в принципе соответствуют задаче. Когда предлагается много решений, разумеется, не заведомо негодных, меньше шансов пропустить хорошее.Выбор решения из множества возможных на основе критериев и с учетом ограничений. Это четвертый, очень ответственный этап. Здесь опять не нужны избыточные детали, кроме тех, что позволяют целенаправленно, по критериям, сравнивать решения. Здесь очень важны верные крупные оценки.В теории проектирования вводится понятие нехудших решений, т.е. решений, попадающих в некоторую допустимую область по совокупности признаков, и формулируются алгоритмы их поиска.Детальная разработка выбранного технического решения. Это пятый этап – этап окончательного выбора оборудования, расчета характеристик, составления алгоритмов управления, конструктивной компоновки узлов, оценки основных показателей и т.п. Пятый этап выполняется всегда – и в серьезных, и в учебных проектах. Однако если ему не предшествуют первые четыре или если они выполнены некачественно, нетворчески, итоги могут быть печальными.Подчеркнем, что, как и всякий творческий процесс, конкретное проектирование, даже при очень жестких ограничениях во времени, не развивается по равномерно восходящей линии – неизбежны возвраты, повторы и т.п. Характерный график процесса представлен на рис. 7.1. В хороших проектах первые четыре этапа занимают не менее 50 % всего времени – при этом создается или, точнее, может создаваться действительно новое и действительно хорошее, лучшее, чем было, решение.Рис. 7.1. Типичный график процесса проектированияВыбор двигателя – один из ответственных этапов проектирования привода, так как именно двигатель осуществляет электромеханическое преобразование энергии и в значительной мере определяет технические и экономические качества привода в целом.Ограничим задачу рассмотрением лишь выбора мощности двигателя, т.е. будем считать, что тип двигателя и способ управления им выбраны заранее.Одним из основных требований к двигателю является надежность его работы при минимуме капитальных затрат и эксплуатационных издержек. Это требование может быть удовлетворено лишь при выборе двигателя соответствующей мощности. Применение двигателя завышенной мощности влечет за собой неоправданное повышение капитальных вложений, снижение КПД, а для асинхронных двигателей – ухудшение коэффициента мощности. Применение двигателей недостаточной мощности может привести к нарушению нормальной работы механизма, возникновению аварий и сокращению нормального срока службы двигателя.Нагрузка на двигатель при длительном ее воздействии ограничивается нагревом, а при кратковременном – его перегрузочной способностью.Перегрузочная способность представляет собой отношение максимального момента, который способен развить двигатель хотя бы кратковременно, к его номинальному моменту . Для асинхронных двигателей максимальный момент ограничен критическим значением момента; для синхронных – значением момента, при котором возможна устойчивая работа двигателя в синхронном режиме, для двигателей постоянного тока максимальный момент ограничен значением, при котором коммутация тока протекает без опасного искрения на коллекторе.Ограничение по нагреву двигателей определяется теплостойкостью их изоляции. При соблюдении установленных заводом ограничений по температуре срок службы изоляции электрических машин составляет около 10 лет, что и является нормальным сроком их эксплуатации. Нагрев изоляции выше предельных значений недопустим, так как вызывает сокращение срока службы электрических машин. Предельные температуры обмоток двигателей с различными классами изоляции соответствуют номинальной нагрузке двигателей и температуре окружающей среды +40°С. Если действительное значение температуры tокрtокр>+40°С нагрузка двигателя должна быть снижена против номинальной.

При выборе мощности двигателя основными исходными данными являются требуемые моменты, которые должны быть приложены к валу механизма, требуемые скорости и ускорения рабочего органа механизма. Эти величины должны быть известны из требований технологического процесса.Задача выбора мощности двигателя осложняется тем, что в динамическом режиме момент, развиваемый двигателем, не равен моменту статической нагрузки, а разница – динамический момент – зависит от суммарного момента инерции привода, в который входит и момент инерции двигателя. В связи с этим в тех случаях, когда динамические режимы играют заметную роль, задача решается в два этапа: предварительный выбор двигателя и его проверка по перегрузочной способности и по нагреву. В частном случае, когда двигатель работает преимущественно в установившихся режимах (M = Mc), выбор двигателя может быть произведен непосредственно по требуемым Мс и w .Далее мы будем рассматривать, в основном, общий случай.

7.2. Нагрузочные диаграммы механизма и двигателя.Исходные данные для выбора двигателя обычно представляются в виде нагрузочных диаграмм механизма, т.е. зависимостей Мс(t) иw(t) и приведенного момента инерции Jм¢ (см. п.2.2). Зависимость w (t) иногда называют тахограммой. Иногда Мс(t) зависит от пути, в этом случае при известной скорости можно перестроить заданный график Мс(j), получив его в виде Мс(t).Нагрузочные диаграммы механизма, вообще говоря, могут иметь любой вид, однако всегда можно выделить цикл, т.е. промежуток времени tц, через который диаграмма повторяется. Если характер работы таков, что режимы воспроизводятся плохо (лифт, подъемный кран и т.п.), строят нагрузочные диаграммы для наиболее вероятного или наиболее тяжелого цикла.Следует особо подчеркнуть, что для обоснованного выбора двигателя требуемая нагрузочная диаграмма механизма должна быть известна. На рис. 7.2 в качестве примера приведены требуемые нагрузочная диаграмма и тахограмма некоторого механизма (верхние для графика).Рис. 7.2. Нагрузочные диаграммы механизма и двигателяДля предварительного выбора двигателя по известной нагрузочной диаграмме механизма можно найти средний момент статической нагрузки,где Мc i – момент статической нагрузки на i-ом интервале;ti – продолжительность i-ого интервала;n – число интервалов, где Mс=const.Номинальный момент искомого двигателя с учетом динамических нагрузок может быть оценен как.В качестве номинальной скорости следует взять wмакс, если регулирование однозонное вниз от основной скорости, или wмин, если регулирование однозонное вверх от основной скорости. По найденным таким образом величинам Мн и w н можно выбрать двигатель по каталогу и, следовательно, определить его момент инерции, построить механические характеристики, кривые переходных процессов.После того, как двигатель предварительно выбран, можно перейти к построению нагрузочной диаграммы двигателя, т.е. зависимости М(t). Это построение сводится к решению уравнения движенияодним из описанных в гл.5 приемов.На рис. 7.2 внизу показана нагрузочная диаграмма двигателя, построенная в предположении, что при изменении скорости M » const , а при набросе и сбросе нагрузки привод работает на линейной механической характеристике.Нетрудно видеть, что нагрузочная диаграмма двигателя существенно отличается от нагрузочной диаграммы механизма. На рис. 7.3 – 7.5 показано еще несколько типичных нагрузочных диаграмм и соответствующие динамические характеристики привода.Рис. 7.3 соответствует случаю, когда механизм с Mс = const работает в режиме изменяющейся скорости. Идеализированная динамическая механическая характеристика показана внизу. Следует отметить, что при построении нагрузочных диаграмм двигателя часто прибегают к подобной идеализации, так как для целей выбора двигателя детали диаграммы, обусловленные особенностями конкретной характеристики, обычно несущественны.Рис. 7.3. Нагрузочная диаграмма при Мс = const и w = var На рис. 7.4 показана нагрузочная диаграмма привода, работающего в режиме частых пусков и торможений, осуществляемых по характеристикам, приведенным внизу. Графики w (t) М(t) построены в соответствии с правилами, изложенными в п. 5.2.Рис. 7.4. Нагрузочная диаграмма при частых пусках – торможенияхНа рис. 7.5 показаны нагрузочные диаграммы электропривода с пиковым характером нагрузки при линейной механической характеристике двигателя. Момент статической нагрузки изменяется мгновенно от Мс0 до Мс1. Момент, развиваемый двигателем при приложении Мс1 выразится как ,а при снятии нагрузки,где .Рис. 7.5. Нагрузочная диаграмма маховикового электроприводаВеличины M¢, М¢¢ и w¢, w ¢¢ при заданных t1 и t2 определяются значением Tм. Если Tм мала, то момент, развиваемый двигателем, будет повторять изменение Мс. Если, напротив, Tм велика, то M¢, М¢¢ и w¢, w ¢ будут мало отличаться от соответствующих средних значений Мс ср и w ср благодаря тому, что энергия, запасенная во вращающихся частях привода на интервале t1 (Мс=Мс0 ) будет расходоваться на покрытие пика нагрузки на интервале t2 (Мс=Мс1). При w»w ср эта энергия пропорциональна площадям, заштрихованным на рис. 7.5. «Спрямление» нагрузочной диаграммы двигателя при пиковом характере нагрузки часто оказывается весьма полезным, так как позволяет снизить требования к перегрузочной способности двигателя и уменьшить потери в двигателе.Увеличение Тм в этих случаях достигается использованием маховика с моментом инерции и выбором соответствующей величины жесткости механической характеристики двигателя b.Нагрузочная диаграмма двигателя, как отмечалось, служит основой для проверки предварительно выбранного двигателя по перегрузочной способности и по нагреву.Проверка по перегрузочной способности сводится к проверке выполнения условия,где – максимальный момент из нагрузочной диаграммы двигателя; – допустимый по перегрузке момент двигателя. Для двигателя постоянного тока нормального исполнения;для асинхронного двигателя с учетом возможного снижения напряжения питания на 10%;для синхронного двигателя нормального исполнения.Асинхронные короткозамкнутые двигатели дополнительно проверяются по пусковому моменту; для нормального пуска должно выполняться условие:,где – максимальный момент статической нагрузки, при котором должен выполняться пуск привода; – пусковой момент двигателя.Проверка по нагреву, сводящаяся к оценке фактической температуры изоляции обмоток двигателя и сравнению ее с допустимой, также выполняется с использованием нагрузочных диаграмм двигателя. Эта операция выполняется с использованием тепловой модели двигателя.

7.3. Тепловая модель двигателя. Стандартные режимыВ тепловом отношении электрическая машина – сложный объект: она неоднородна по материалу, имеет рассредоточенные внутренние источники тепла, интенсивность которых зависит от режима, теплоотдача зависит от скорости и т.п. Именно эта сложность побуждает пользоваться на практике для относительно грубых оценок предельно простой моделью, построенной в предположении, что машина – однородное тело с постоянной теплоемкостью С, Дж/°С, с одинаковой температурой во всех точках J, с теплоотдачей во внешнюю среду Аt, пропорциональной коэффициенту теплоотдачи А, Дж/с×°С, и разности t температуры машины J и окружающей среды Jос , т.е. t = J – Jос, °С.Тогда уравнение теплового баланса для некоторого интервала времени dt будет. (7.1)Разделив обе части на А dt, получим:или, (7.2)где Tт = C/A – тепловая постоянная времени; tкон = DР/А – конечное (установившееся) значение превышения температуры.Мы вновь обнаружили, как и в п. 5.2, что при одном накопителе энергии, в данном случае тепловой, переменная, характеризующая ее запас, изменяется по экспоненте, являющейся решением (7.2):. (7.3)Уравнение (7.2) позволяет представить динамическую тепловую модель двигателя в виде передаточной функции. (7.4)Отметим, что постоянная времени Тт, вообще говоря, – не постоянная: в начальной части нагрева, когда греются лишь активные части, главным образом медь обмоток, и тепло не успевает распространиться по всему телу машины, процесс идет быстрее, чем по (7.3), т.е. Тт¢Тт – пунктир на рис. 7.6.Рис. 7.6. Характеристики нагревания – охлаждения электрической машиныДля самовентилируемых машин теплоотдача зависит от скорости, уменьшаясь с ее уменьшением, т.е. Тw=0>Tтw , причем разница может быть существенной – в 2 и более раза – см. рис. 7.6. Некоторое представление о порядке постоянных времени машин при w»w н дает рис. 7.7.Рис. 7.7. Ориентировочная зависимость тепловой постояннойвремени от мощности электрической машиныИтак, реакция машины на быстрые изменения потерь в ней – отрезки экспонент с относительно большими (минуты, даже часы для больших машин) постоянными времени. В установившемся режиме (dt /dt =0) по (7.2) имеем; (7.5)в номинальном режиме по определению. (7.6)Найденные закономерности нагревания и охлаждения двигателей позволяют выделить три характерные стандартные режима работы электроприводов. Продолжительный режим S1 характеризуется условием, (7.7)т.е. за время работы tр температура перегрева достигает установившегося значения (рис. 7.8,а), продолжительность паузы роли не играет.Кратковременный режим S2, при котором,, (7.8)т.е. за время работы перегрев не успевает достичь установившейся величины, а за время паузы tо двигатель охлаждается до температуры окружающей среды (рис. 7.8,б).а) б)в)Рис. 7.8. Диаграммы продолжительного S1 (а), кратковременного S2 (б)и повторно-кратковременного S3 (в) режимовПовторно-кратковременный режим S3 соответствует условиям,, (7.9)т.е. за время работы перегрев не достигаетtуст, а за время паузы не становится равным нулю. При достаточно долгом повторении циклов процесс устанавливается, т.е. температура перегрева в начале и конце цикла одинакова и ее колебания происходят около среднего уровня tср (рис.7.8,в). Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения e или ПВ , (7.10).При повторно-кратковременном режиме ограничивается как e (e£0,6), так и время цикла (tц£10 мин).Еще четыре стандартных режима базируются на перечисленных выше основных: S4 и S5 отличаются от S3 учетом динамических моментов при пуске и торможении, S6 иS7 соответствуют S1, но при переменной нагрузке (S6) и с учетом пуска и торможения (S7). Стандартный режим S8 отражает самый общий случай периодического изменения М и w.

7.4. Проверка двигателей по нагреву в продолжительном режимеЕсли известна нагрузочная диаграмма двигателя и его тепловые параметры, то можно построить график t(t) и, оценив действительный перегрев, сравнить его с допустимым. Этот путь весьма громоздок, в связи с чем на практике пользуются упрощенными приемами, основанными на косвенной оценке перегрева. В основе этих приемов лежит метод средних потерь.Пусть нагрузочная диаграмма двигателя имеет циклический характер, а момент в каждом цикле не остается неизменным, т.е. двигатель работает с переменной нагрузкой (режимы S6, S7 или S8).Рассмотрим «далекий» цикл, в котором тепловые процессы в двигателе установились, т.е. температуры перегрева в начале и в конце цикла равны, а в течение цикла tизменяется около среднего уровня tср. Равенство температур перегрева в начале и конце цикла свидетельствует о том, что количество тепла, запасенное в двигателе к началу цикла, не отличается от количества тепла, запасенного в двигателе в конце цикла, т.е. тепло в двигателе не запасается. Это значит, что все выделившееся за цикл тепло отводится в окружающую среду т.е.

(7.11)Уравнение (7.11), выражающее закон сохранения энергии в интегральной форме, можно записать в следующем виде:или, очевидно,, (7.12)т.е. средняя за цикл мощность потерь пропорциональна средней температуре перегрева.Для номинального режима, в соответствии с (7.6) имеем:, (7.13)где DРн – номинальная мощность потерь;Рн – номинальная мощность двигателя;hн – номинальный КПД двигателя;tн = tдоп – номинальная (допустимая) температура перегрева двигателя.Сравнивая (7.12) и (7.13), легко прийти к формулировке метода средних потерь: если средняя за цикл мощность потерь не превосходит номинальную мощность потерь, т.е.,то средняя температура перегрева не превышает допустимую.Пусть нагрузочная диаграмма, построенная для предварительно выбранного двигателя, имеет вид, представленный на рис. 7.9. Для каждого уровня нагрузки двигателя (на каждом участке диаграммы) вычислим мощность Pi = Miwi по кривой h(Р/Рн) определим значение КПД hi , и найдем потериЗатем вычислим средние потери:(в примере n = 3) и сравним их с DРн. Если DРср £ DРн, двигатель выбран правильно.Рис. 7.9. Нагрузочная диаграмма и кривая t(t) для «далекого» циклаЕсли при сопоставлении средних потерь за цикл с номинальными потерями окажется, что DРср > DРн, то двигатель будет перегреваться, что недопустимо. Наоборот, при DРср Рн двигатель будет плохо использован по нагреву. В обоих случаях необходимо выбрать другой двигатель, перестроить нагрузочную диаграмму и вновь проверить двигатель по нагреву путем сопоставления средних потерь при переменном графике нагрузки с номинальными потерями при постоянной нагрузке.Метод средних потерь позволяет оценивать среднюю температуру перегрева, не прибегая к построению t(t). Действительная температура отличается от средней, однако, если выполняется условиеTц Tт.н, (7.14)то эта разница будет весьма малой. Условие (7.14) является необходимым при использовании метода средних потерь.Метод средних потерь требует знания кривой КПД двигателя в функции его нагрузки и предварительного определения потерь на каждом из участков графика, что вносит некоторые усложнения в расчет. Если в распоряжении расчетчика в результате построения нагрузочной диаграммы имеются кривые тока в функции времени, то при некоторых условиях можно произвести проверку двигателя по нагреву без вычисления потерь, воспользовавшись методом эквивалентного тока.В соответствии с (6.8) потери в двигателе можно рассматривать как сумму постоянных потерь k, не зависящих от нагрузки, и переменных I2R, всецело определяемых нагрузкой.Назовем эквивалентным током такой неизменяющийся ток, при работе с которым в электрическом двигателе выделяются потери, равные средним потерям при переменном графике нагрузки, т.е. (7.15)Средняя мощность потерь за цикл при переменном графике нагрузки двигателя и продолжительном режиме работыВыразив потери на каждом из участков графика DРi через постоянную и переменную составляющие и заменив средние потери их значением через эквивалентный ток, получим:Открыв скобки и сгруппировав постоянные и переменные потери, получим:откуда эквивалентный ток при переменном графике нагрузки (7.16)или в общем случае (7.17)Вычисленный таким образом эквивалентный ток сопоставляется с номинальным током предварительно выбранного двигателя и если окажется, что Iэкв£ Iн, то двигатель удовлетворяет требованиям нагрева.Метод эквивалентного тока, как и метод средних потерь, основан на допущении близости среднего за цикл и максимального перегревов. Это допущение не влечет за собой существенной погрешности, если выполнено условие (7.14). Кроме того, метод эквивалентного тока исходит из предположения независимости потерь в стали и механических от нагрузки и предполагает постоянство величины сопротивления главной цепи двигателя на всех участках заданного графика нагрузки. Следовательно, в случаях, когда k¹const (например, когда асинхронный двигатель работает при изменяющемся напряжении) или R¹const (асинхронный двигатель с глубоким пазом или двойной клеткой в режиме переменного скольжения), метод эквивалентного тока может привести к существенным погрешностям.В ряде случаев при проверке двигателя по нагреву удобно пользоваться графиком момента, развиваемого двигателем, в функции времени. Если поток двигателя при этом постоянен, то между моментом и током существует прямая пропорциональность (М = сI). В этих случаях возможна проверка двигателя по эквивалентному моменту, который для ступенчатого графика вычисляется по формуле (7.18)Величина эквивалентного момента сопоставляется с номинальным моментом, и если Мэкв £ Мн, то двигатель удовлетворяет требованиям нагрева.Метод эквивалентного момента применим для проверки по нагреву синхронных и асинхронных двигателей нормального исполнения и двигателей независимого возбуждения при работе с номинальным потоком.Если нагрузочная диаграмма двигателя задана в виде графика мощности, то проверка двигателя по нагреву на основе заданного графика может быть произведена непосредственно лишь в случаях, когда между мощностью и током существует прямая пропорциональность, что имеет место при работе двигателя с постоянным потоком и скоростью.Для ступенчатого графика эквивалентная мощность вычисляется по формуле (7.19)и сравнивается с номинальной мощностью двигателя; проверяется выполнение условияРэкв £ Рн.

7.5. Проверка двигателей по нагреву в повторно-кратковременном режимеВ повторно-кратковременном режиме (рис. 7.8,в), как отмечалось, ограничена длительностью цикла (tц £ 10 мин) и относительная продолжительность включения (e £ 0,6), а также введены стандартные значения e = 0,15, 0,25, 0,4 и 0,6. Работать в этом режиме могут как стандартные двигатели, предназначенные для продолжительного режима, так и двигатели, специально спроектированные для повторно-кратковременного режима; в последнем случае в каталоге указаны номинальные токи для каждой стандартной величины e: Iно,15, Iно,25 и т.д.Если нагрузочная диаграмма М(t) имеет несколько участков либо за счет учета динамических моментов при пуске и торможении (рис. 7.10,а), либо за счет изменения Мс, удобно привести ее, пользуясь одним из изложенных выше приемов, к эквивалентному виду (рис. 7.10,б).Рис. 7.10. Нагрузочная диаграмма в повторно-кратковременном режиме (а)и ее эквивалентное представление (б)Так для рис. 7.10,а получимСледующим шагом будет приведение полученной эквивалентной нагрузочной диаграммы к стандартному e. Если используется двигатель, предназначенный для повторно-кратковременного режима, выбирается ближайшее стандартное значение eсг и используется соотношение ,откуда имеем . (7.20)При использовании двигателя для продолжительного режима из (7.20) получаем . (7.21)В приведенных грубых оценках не учитывается ухудшение теплоотдачи во премя паузы, т.е. принимается .Поскольку Iн Iэкв и Мн Мэкв за счет того, что часть цикла двигатель не работает, следует внимательно отнестись к проверке двигателя по перегрузке и по пусковому режиму.Важным частным случаем повторно-кратковременного режима является режим коротких циклов или частых пучков, используемый, например, в станочных линиях, во вспомогательных механизмах, обслуживающих различные технологические процессы и т.п. Значительная доля в коротких циклах энергетически напряженных динамических режимов приводит к большим погрешностям при использовании изложенных выше упрощенных процедур проверки двигателей. В этих и подобных случаях удобно пользоваться приемом, основанном на составлении прямого теплового баланса для далекого цикла. Пример такого теплового баланса приведен в табл. 7.1 для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором применительно к тахограмме на рис. 7.11.Рис. 7.11. Тахограмма в режиме коротких цикловТаблица 7.1

Участок цикла

Энергия, выделяемая в двигателе

Энергия, рассеиваемая в окружающую среду

Пуск, tп

DWп

Работа в установившемся режиме, tуст

DРtуст

D Рнtуст

Торможение, tт

DWт

Пауза, t0

0

bDРнt0

В таблице DWп и DWт – потери энергии при пуске и торможении;DР иDРн – потери мощности в рабочем и номинальном режиме;b – коэффициент ухудшения теплоотдачи.Если тепловой режим двигателя установился, т.е. перегрев t в начале и конце цикла одинаков, можно считать, что энергия выделившаяся равна энергии, отданной в окружающую среду: (7.22)Полученное уравнение может использоваться для оценки допустимых пераметров режима.В важном частном случае на его основе можно получить соотношение для определения допустимого числа включений в час h = 3600/tц.Приняв,и подставив эти выражения в (7.22), получим:или, если пренебречь последним членом в знаменателе в сравнении с большими потерями в динамических режимах, будем иметь:. (7.23)Для увеличения h следует увеличить b до максимального возможного значения (внешний обдув), либо снизить потери в динамических режимах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  • Филиппов Б.А., Ильинский Н.Ф. Основы электропривода. М.: МЭИ, 1977.
  • Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1992.
  • Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1990.
  • Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1989.
  • Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986.

energo20.ru


Смотрите также