15.3. Выбор мощности электродвигателя. Мощность двигателя 15


М-15 (двигатель) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. М15. М-15Производитель Годы производства Технические характеристики Объём Мощность Степень сжатия Диаметр цилиндров Ход поршня Количество цилиндров Компрессор Система охлаждения Размеры Сухой вес
завод №24 (Москва)
1928—1931
27,02 л

450/550 л.с.

(331/405 кВт)
5,4
150 мм
170 мм
9
ПЦН
воздушная
420-450 кг

М-15 «мотор пятнадцатый» — советский авиационный поршневой двигатель воздушного охлаждения. Первый мощный авиамотор оригинальной советской конструкции, один из первых советских авиадвигателей с приводным центробежным нагнетателем (ПЦН).

Предназначался для истребителей. Проектировался на московском заводе ГАЗ № 2 «Икар» под руководством А. А. Бессонова и Н. П. Островского с октября 1926 года. По заданию мотор должен был являться аналогом американского двигателя Пратт-Уитни «Хорнет». Но копией «Хорнета» М-15 не являлся: в нём было немало оригинальных конструкторских решений. От американского двигателя заимствовали конструкцию цилиндра и его головки.

В сентябре 1927 г. приступили к изготовлению двух опытных образцов двигателя. К этому времени был готов второй вариант проекта, названный 2М-15 или «М-15 облегчённый». 14 сентября он был утверждён НТК УВВС.

В июне 1928 года начались испытания опытного М-15. Мощность двигателя оказалась меньше расчётной, а вес превышал установленный заданием. Поэтому третий опытный образец начали изготавливать по чертежам 2М-15, а для улучшения высотных характеристик ввели односкоростной ПЦН по типу Bristol Jupiter VII. Этот экземпляр был готов в августе 1929 г., тогда же начались его стендовые испытания.

1 июня 1930 года, ещё до прохождения госиспытаний, модификацию двигателя 2М-15 приняли на вооружение под наименованием М-15. На госиспытания выставлялся 4 раза (21 июля и 20 декабря 1930, 17 января и 21 сентября 1931), но во всех случаях получал неудовлетворительную оценку (поломки привода ПЦН и крыльчатки нагнетателя). Тем не менее, двигатель серийно выпускался заводом № 24 (Москва) с начала 1931 года. Выпущено 406 экземпляров.

Из-за низкой надёжности М-15 в военной авиации был вытеснен двигателем М-22. Заказ был передан ГУ ГВФ, где М-15 начали устанавливать на пассажирские самолёты К-5 К. А.

ru.wikipedia.org

15.3. Выбор мощности электродвигателя

Мощность двигателя выбирают согласно нагрузке на его валу. Ее значение также должно удовлетворять условию, чтобы средняя темпе­ратура двигателя не превышала допустимого значения, обусловленного классом изоляции обмотки. Кроме того, выбор двигателя обуслов­ливается условиями пуска и перегрузочной способностью.

Выбор мощности двигателя для продолжительного режима работы. При продолжительной работе нагрузка двигателя может быть постоян­ной (рис. 15.3, а) или переменной (рис. 15.3,б). Выбор двигателя с постоянной нагрузкой производится по каталогу. При этом необходимо выбирать двигатель с номинальной мощностью Рном ≥ Р.

При переменной нагрузке, когда продолжительный режим имеет прерывистый характер, расчет или проверку правильности предвари­тельного выбора мощности двигателя производят на основании нагру­зочной диаграммы (рис. 15.4). Если определить температуру максималь­ного нагрева двигателя Тmax, и сравнить ее с допустимой температурой нагрева Tдоп, то правильному выбору двигателя соответ­ствует условие Тmax ≤ Тдоп. Однако из-за сложности и громоздкости определения величины Тmax, этот метод выбора двигателя на практи­ке не применяют.

Для выбора мощности двигателя при любом режиме работы удобен метод средних потерь. В основу метода положено условие, при котором сред­ние потери мощности ΔРср двигателем за время цикла работы tц не превышают потерь при номинальной нагрузке ΔPном, т. е. ΔРср, ≤ ΔPном, или

(15.2)

где ΔPц — потери мощности в двигателе за цикл; ΔРi — потери мощ­ности за время ti, в течение которого двигатель работает с постоян­ной нагрузкой Рi.

Метод средних потерь, хотя и является более точным по сравнению с методом эквивалентных величин, не всегда применим из-за отсутствия необходимых сведений о двигателе. Поэтому на практике мощность двигателя при переменной нагрузке выбирают по приближенным методам эквивалентного тока, эквивалентной мощности или эквивалентного момента.

При методе эквивалентного тока действительные токи двигателя {I1, I2, I3,...,In на рис. 15.4,а) в отдельные отрезки времени заменяют эквивалентным током Iэ постоянного значения, создающим за время работы двигателя (t1 + t2 + ... + tn) те же потери в двигателе, что и действительные токи.

При работе двигателя потери мощности складываются из постоянных (не зависящих от нагрузки) ΔРст (потери в стали) и переменных ΔPMi = mIi2r (потери в меди), где m — число фаз при переменном токе; r — сопротивление обмоток двигателя.

Заменяя в (15.2) ΔРi = ΔРст + ΔРМi, получим

(15.3)

За время tц такие же потери вызываются и эквивалентным током Iэ:

(15.4)

Приравнивая (15.3) и (15.4), находим, что откуда

(15.5)

Условие нагрева двигателя (Тmax ≤ Тдоп) будет соблюдено, если

ΔPэ ≤ ΔРном, или Iэ ≤ Iном.

Для определения мощности двигателей, у которых вращающий момент почти пропорционален току, можно использовать нагрузочные диаграммы моментов М = f(t) (например, для шунтовых двигателей постоянного тока и с некоторым допущением для асинхронных двигателей с малоизменяющейся нагрузкой). По аналогии с (15.5) можно записать:

(15.6)

Условие выбора двигателя в этом случае Мэ ≤ Мн.

Если двигатель работает с малоизменяющейся частотой вращения и имеется график его нагрузки по мощности (рис. 15.4,б), то двигатель выбирают с номинальной мощностью, равной или большей эквивалент­ной мощности, определяемой, аналогично (15.6), по формуле

(15.7)

После выбора мощности двигателя на основании одного из методов эквивалентных величин необходимо произвести проверку двигателя на перегрузочную способность, которая характеризуется коэффициентом перегрузки. Коэффициент перегрузки kп представляет собой отношение максимального допустимого момента двигателя Мmах доп к его номиналь­ному моменту Мном.

Для того чтобы удовлетворить требованиям кратковременных пере-грузок для данного привода, необходимо, чтобы максимальный допусти­мый момент двигателя был равен или больше максимального момента нагрузки на валу двигателя: Мmах доп ≥ Mmax. Иначе говоря, должно соблюдаться условие kп > Мmax/Мном. Перегрузочная способность для различных двигателей различна. Для асинхронных двигателей kп = 1,7 ÷ 3,5, для синхронных двигателей kп ≥ 1,65, для двигателей постоянного тока независимого и смешанного возбуждения kп = 2 ÷ 2,5, а для двигателей последовательного возбуждения kп = 2,5 ÷ 3.

При выборе асинхронных короткозамкнутых двигателей кроме про­верки на перегрузочную способность необходимо проводить выбор по пусковому моменту Мпуск, так как для таких двигателей эта величина обычно невелика. При этом необходимо соблюдать условие Мпуск > Мс.нач, где Мс.нач — начальный статический момент, создаваемый производственной машиной или приводимым механизмом.

Выбор мощности электродвигателя для повторно-кратковременного режима работы. Так как при работе в этом режиме двигатель часто запускают и останавливают, то в периоды разгона, а также торможения и остановки ухудшается вентиляция, а следовательно, и охлаждение двигателя. Это учитывают, вводя поправочные коэффициенты, которые зависят от типа двигателя и способов его охлаждения. Как указывалось ранее, повторно-кратковременный режим характеризуется значением ПВ (15.1). Если график работы двигателя имеет вид, представленный на рис. 15.2, в, то номинальная мощность двигателя выбирается равной эквивалентной мощности:

(15.8)

Если график работы двигателя имеет более сложный вид (см. рис. 15.3), то эквивалентная мощность определяется по формуле

(15.9)

где Р'э — эквивалентная мощность двигателя без учета его останова; значение ПВ определяют как

(15.10)

Если расчетное значение ПВ производственной машины, полученное согласно нагрузочной диаграмме, отличается от стандартного значения для двигателей, то его выбирают по ближайшему стандарт­ному значению ПВСТ, соответственно пересчитывая мощность Р'э по формуле

(15.11)

При выборе двигателя для повторно-кратковременного режима ра­боты по каталогу необходимо знать Р'э и ПВ. Проверка выбран­ного двигателя на перегрузку и по пусковому моменту при данном режиме обязательна.

Следует отметить, что при определении мощности двигателя по методу эквивалентных величин и относительной продолжительности включения не учитывается число включений двигателя в час, а следо-­ вательно, продолжительность и интенсивность нагрева двигателя в пусковых и тормозных режимах. Более точный расчет мощности двига-­ теля можно выполнить методом средних потерь, причем с обязательной проверкой по перегрузочному и пусковому моментам.

studfiles.net

15.18. Синхронные двигатели малой мощности

Свойство рассмотренных выше синхронных двигателей сохранять неизменной частоту вращения при изменении тормозного момента на валу достигается усложнением устройства ротора, к обмотке которого подключается через скользящие контакты специальный источник постоянного тока.

В синхронных двигателях малой мощности роль вращающегося постоянного электромагнита выполняет постоянный магнит, изготовленный из магнитно-твердого материала и укрепленный на оси ротора. В таком двигателе отпадает необходимость в дополнительном источнике постоянного тока. Пуск такого двигателя в ход осуществляется обычно непосредственным подключением его фазных обмоток статора к электрической системе. Для возникновения асинхронного момента при пуске двигателя в парах полюсов постоянного магнита располагаются стержни короткозамкнутой обмотки.

Другой разновидностью синхронных двигателей малой мощности являются так называемые синхронные реактивные двигатели. Особенность этих двигателей заключается в том, что их ротор имеет магнитную анизотропию, т. е. различное магнитное сопротивление в различных радиальных направлениях. На рис. 15.20 приведен поперечный разрез конструкции двухполюсного анизотропного ротора, представляющего собой набор пакетов из листовой электротехнической стали, разделенных слоем алюминия' (заштрихованная часть). При синхронной частоте вращения ротора преимущественное направление легкого намагничивания пакетов листовой электротехнической стали определяет форму магнитных линий поля токов статора. Искривление магнитных линий поля токов статора при наличии тормозного момента на валу двигателя создает уравновешивающий его вращающий момент.

Общим недостатком синхронных двигателей малой мощности является отсутствие возможности регулировать его реактивную мощность и запас устойчивости.

Электропривод

16.1 Общие сведения

Электроприводом называется электромеханическая система, состоящая из электродвигателя (или нескольких электродвигателей), передаточного механизма к рабочей машине и всей аппаратуры для. управления электродвигателем.

Здесь рассматриваются только общие вопросы, относящиеся к выбору электродвигателя для привода рабочей машины.

До появления электропривода первичным двигателем в крупной промышленности была паровая машина, она работала через ременную или канатную передачу на общую трансмиссию, соединенную; ременными передачами с группой станков. Сначала принцип группового привода был сохранен, когда электродвигатель заменил у трансмиссии паровую машину. Но механическая передача от первичного двигателя к станку через трансмиссию, а затем через большее или меньшее число последовательно включенных канатных, ременных, зубчатых и других передач неизбежно связана со значительными потерями энергии в передающих устройствах (часто больше 50 %). Кроме того, подобные устройства занимают много места. Эти недостатки группового привода устраняются при переходе к одиночному приводу, при котором электродвигатель работает только на один станок и соединяется с ним по возможности непосредственно. В СССР примерно к 1930 г. одиночный привод сменил групповой. Это усовершенствование привода было одним из результатов реконструкции промышленности в ходе индустриализации страны (По коэффициенту атектрификации (отношению установленной мощности электродвигателей к общей установленной мощности двигателей всех видов) СССР с 1938 г. стоит на первом месте в мире.)

Следующим шагом в общем усовершенствовании привода явилось уменьшение потерь при передаче энергии внутри самой машины-орудия. При наличии только одного электродвигателя в ряде случаев необходимы специальные устройства (зубчатые и ременные передачи, эксцентрики и т. п.) для передачи энергии внутри рабочей машины. Естественным развитием электропривода было устранение механического звена — переход к многодвигательному приводу одной рабочей машины. В подобном устройстве отдельные рабочие органы машины имеют индивидуальный привод. Применение электродвигателя с изменяемой частотой вращения решает задачу регулирования скорости движения данного рабочего органа машины. Это дает возможность отказаться от соответствующих сложных механических устройств (коробок скоростей и т. п.). Непосредственное соединение электродвигателя с рабочим органом машины делает целесообразным взаимное приспособление того и другого, в результате чего в ряде современных машин электрическое и механическое оборудование настолько объединено, что затруднительно указать границы каждого из них.

В качестве примера постепенного приближения электродвигателя к рабочим органам машины-орудия на рис. 16.1 показан схематически переход от группового привода 1 через постепенно совершенствуемый одиночный привод 2—4 к многодвигательному приводу 5 рабочих органов радиально-сверлильного станка.

Применение электропривода позволяет также заменить механическое управление работой машины-орудия посредством сцепных муфт, фрикционов, приводных ремней и т. п. электрическим управлением. Этот процесс усовершенствования привода продолжается и в наши дни. Электрическое управление рабочей машиной требует изменения не только ее конструкции, но и эксплуатации. Появляется возможность, быстро выполняя необходимое регулирование, ускорить рабочие циклы, а следовательно, резко повысить темпы работы и производительность машин. Вместе с тем быстрое чередование рабочих операций в ряде случаев делает необходимым освобождение человека от труда по контролю и управлению периодически повторяющимися рабочими циклами машины-орудия.

Автоматизация электропривода применяется как в сложных, так и в простых приводах, для управления как многочисленными электродвигателями блюминга (прокатного обжимного стана) общей мощностью порядка нескольких тысяч киловатт, так и простейшим короткозамкнутым асинхронным двигателем мощностью меньше 1 кВт. В последнем случае автоматически производятся лишь простейшие операции — пуск двигателя в ход и его остановка; в других случаях автоматически выполняются весьма сложные производственные процессы — осуществление определенной последовательности операций или работа по шаблону; автоматически действующая защита от перегрузок и повреждений и т. д. Автоматизация необходима для управления мощными механизмами; для сложных приводов, требующих быстрой и частой регулировки частоты вращения двигателей; для привода с частым пуском двигателя в ход (например, у блюминга пуск в ход ряда механизмов повторяется до 2000 раз в час).

Автоматические линии машин представляют собой дальнейшее развитие автоматики в промышленном производстве. Это — группа машин, выполняющих последовательно одна за другой цикл операций по обработке изделий, причем эти изделия автоматически перемещаются от одной машины к другой. Рабочий, обслуживающий автоматическую линию, выполняет роль командира группы машин, и, таким образом, в производстве исчезают существенные различия между физическим и умственным трудом, что характерно для будущего коммунистического общества.

studfiles.net