Что такое номинальное число оборотов двигателя

Номинальная частота вращения — частота вращения, соответствующая работе машины при номинальных напряжении, мощности и частоте тока и номинальных условиях применения.

Методические материалы по курсу «ЭМС» Семинар 6. Требования технического задания Введение Создавая новую электромеханическую систему, разработчик должен знать, каким требованиям должна удовлетворять эта система. Большинство из этих требований должно иметь не качественный характер, а выражаться в числовом виде. Все эти требования указываются в техническом задании. Часть требований стандартизируются, и их не нужно подробно раскрывать в техническом задании. Достаточно дать ссылку на ГОСТ. В комплекте документов по договору на создание электромеханических систем, техническое задание – это приложение № 1 к тексту договора. Другими приложениями являются календарный план и протокол согласования цены. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся требования. Большинство из них относятся к техническим требованиям. Поскольку основным элементом является электромеханический преобразователь, большинство требований относятся к нему. 1. Требования к показателям входной и выходной энергии Техническое задание может быть более полным или менее полным. Некоторые пункты в конкретном ТЗ могут отсутствовать. Но всегда в наличии должны быть требования, в которых указываются численные значения показателей входной и выходной энергии электромеханической системы. Перечислим типовые показатели, отражаемые в ТЗ. 1.1. Генератор 1.1.1. Требование по мощности Определяется составом потребителей, для которых генератор должен обеспечивать электропитание. а) Номинальная мощность

Номинальная мощность — мощность, для работы с которой в номинальном режиме машина предназначена заводом-изготовителем.

Номинальным режимом работы называется режим, для работы в котором электрическая машина предназначена заводом-изготовителем.

Режим работы электрической машины — установленный порядок чередования и продолжительности нагрузки, холостого хода, торможения, пуска и реверса машины во время ее работы.

Номинальной мощностью является: для генераторов переменного тока — полная электрическая мощность на выводах при номинальном коэффициенте мощности, В-А; для генераторов постоянного тока — электрическая мощность на выводах машины, Вт.

б) Максимальная мощность, которую генератор должен обеспечить кратковременно (в течение заданного времени).

1.1.2. Требование к параметрам и качеству электрической энергии

а) Номинальное напряжение.

Номинальное напряжение — напряжение, на которое машина рассчитана заводом-изготовителем для работы в номинальном режиме с номинальной мощностью.

Номинальным напряжением трехфазных машин называют линейное напряжение.

б) Ограничение по напряжению холостого хода (не более).

в) Частота напряжения (при переменном напряжении).

г) Точность поддержания номинального напряжения при изменении возмущающих воздействий (точность работы регулятора) (в процентах).

д) Точность поддержания частоты напряжения, например, при изменении нагрузки (в процентах).

е) Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения (в процентах)

ж) Коэффициент небаланса линейных напряжений при несимметричной нагрузке фаз (в процентах).

1.1.3. Требования по входной (механической энергии)

а) Номинальная частота вращения

б) Максимальная частота вращения

в) Диапазон частот вращения, при которых генератор должен длительно обеспечить электроэнергией потребителей мощностью от 0 до номинального значения номинальным напряжением.

г) Частота вращения, начиная с которой генератор должен вырабатывать минимальную мощность при номинальном напряжении (точка начала отдачи мощности) (не более).

д) Частота вращения, начиная с которой генератор должен вырабатывать заданную частичную мощность при номинальном напряжении (не более).

1.1.4. Требования по эффективности преобразования

а) Ограничения по минимальному значению номинального КПД: «КПД, не менее»

б) Ограничение по потребляемой мощности (не более).

1.2.1. Требования по выходной (механической) энергии

а) Номинальная частота вращения или ее диапазон

Номинальная частота вращения — частота вращения, соответствующая работе машины при номинальных напряжении, мощности и частоте тока и номинальных условиях применения.

б) Номинальный момент или номинальная мощность.

в) Максимальная мощность (возможная перегрузка по мощности); время, в течение которого действует перегрузка.

г) Максимальный момент (возможная перегрузка по моменту); время, в течение которого действует перегрузка.

д) Направление вращения (например, произвольное; по часовой стрелке).

Длительно. Для АД (ГОСТ 51689-2000) величина «сервис-фактор» (например, 1,1 или 1,15, означающая, что АД должен обеспечить длительно мощность 1,1*Рном или 1,15*Рном при номинальном напряжении и частоте и при этом температура двигателя будет не более, чем на 10% больше допустимой [6].

1.2.2. Требования по входной (электрической) энергии

а) Напряжение питания: номинальное значение и возможные отклонения (определяется имеющейся сетью и гостированными отклонениями);

б) Частота сети (при переменном напряжении).

1.2.3. Требования по эффективности преобразования

— КПД, не менее или ограничения по потребляемой мощности.

Итак, разработчик знает, какой энергией он располагает на входе, и что должен получить на выходе. При проектировании электромеханических преобразователей разработчик стремится создать машины с минимальным весом и размерами. Как этого достичь, вам будут говорить на самых разных курсах, включая и меня. Если кратко – этого можно достичь за счет повышения электромагнитных нагрузок – плотности тока и магнитной индукции. И то и другое приводит к увеличению потерь мощности, которые выделяются в виде тепла и нагревают машину. Именно нагрев машины является основным ограничением при проектировании.

Эти ограничения и должны быть заданы в виде требований и условий работы разрабатываемой ЭМС.

О чем здесь может идти речь?

— о допустимой температуре машины;

— о влиянии выделяющегося тепла на нагрев машины;

— об имеющихся возможностях отвода тепла;

— о температуре окружающей среды.

Как скорость каравана определяет самый слабый верблюд, так и допустимую температуру машины определяет самое слабое ее звено – изоляция.

2. Требования к изоляции

В изоляции предъявляются требования, связанные с ее электрической прочностью и теплостойкостью.

Электрическая прочность задается сопротивлением изоляции, например:

1) Сопротивление изоляции электроцепей должно быть не менее 20 МОм в нормальных климатических условиях.

Теплостойкость изоляции задается максимальной температурой, которая допускается для надежной работы изоляции. Все выпускаемые типы изоляций согласно ГОСТ 8865 – 93 разбиты на группы, называемые классами нагревостойкости. И соответствующий пункт в техническом задании обычно звучит так:

2) Класс нагревостойкости изоляции – такой-то.

Основные классы нагревостойкости

класс Y – не более 90˚С (волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, натурального шёлка) — не более 90˚С

класс А (хлопчатобумажные ткани, пряжа, шелк, бумага и другие подобные органические материалы, пропитанные маслом, а также состав, называемый эмалью и применяемый при изготовлении эмалированной проволоки) – не более 105˚С;

класс Е – не более 120˚С (синтетические органические материалы – плёнки, смолы и др. – или простые сочетания этих материалов);

класс В (слюда, асбест, стекловолокно, связующие органические) – не более 130˚С;

класс F (компоненты те же, что и для класса B, связующие синтетические) – не более 155˚С;

класс Н (компоненты те же, что и для класса B, связующие кремнийорганические) – не более 180˚С;

класс С (слюда, керамика, кварц, связующие неорганические) – более 180˚С и ограничивается физическими, химическими или электрическими свойствами материала.

Может быть задано просто значение температуры обмоток, например:

2) Температура обмоток не более — 120˚С

3. Задание режима работы

Важный фактор – насколько длительно выделяющееся тепло нагревает машину. От этого зависит ее температура. И от этого зависит накладываемые ограничения на электромагнитные нагрузки.

Длительность нагрева машины определяют режимы работы, которые тоже стандартизируются.

Действующим ГОСТ предусматриваются 8 номинальных режимов, которые в соответствии с международной классификацией имеют условные обозначения S1÷S8 [33].

Мы остановимся на трех основных:

S1 – продолжительный (длительный) режим работы (машина достигает установившейся температуры).

S2 — кратковременный режим (при работе температура не успевает достичь установившегося значения, а в отключенном состоянии успевает остыть до температуры окружающей среды).

S3 — повторно-кратковременный режим (при работе температура не успевает достичь установившегося значения, а в отключенном состоянии не успевает остыть до температуры окружающей среды). Характеризуется параметром продолжительность включения

4. Требование по способу охлаждения

4.1 Может быть названо: например, «охлаждение электродвигателя в процессе работы за счет свободной конвекции» или «охлаждение жидкостное, тосолом»

4.2 Может быть задано в виде обозначения способа охлаждения.

Обозначение способов охлаждения устанавливает по ГОСТ 20459-87

— из двух букв IC (International Cooling);

— характеристики хладагента [7]:

воздух — А, водород — Н, азот — N, двуокись углерода — С, фреон — F, вода — W, масло — U, керосин — Кr.

Если в качестве хладагента используются другие жидкости или газы, то в обозначении приводится их полное наименование.

Если хладагентом является воздух, то допускается опускать букву;

— цифровой части (характеристических цифр).

Первая цифра характеризует устройство цепи для циркуляции хладагента (ГОСТ) (см. Приложение 1, табл.1)

Вторая цифра характеризует способ подвода энергии для циркуляции хладагента (ГОСТ) (см. Приложение 1, табл.2).

Если машина имеет две или более цепи охлаждения, то в обозначении следует указывать характеристики всех цепей охлаждения (ГОСТ)

Примеры способов охлаждения приведены в Приложении 1, табл.3.

В частности, в АД применяются следующие способы охлаждения:

а) IC01 – двигатели с самовентиляцией, вентилятор расположен на валу двигателя (защищенная машина, степени защиты IP20, IP22, IP23);

б) IC05 – двигатели, обдуваемые вентилятором, приводимым во вращение независимым приводом (степени защиты IP20, IP22, IP23);

в) IC0041 — двигатели с естественным охлаждением без наружного вентилятора (закрытая машина степени защиты IP43, IP44, IP45);

г) IC0141 – двигатели, обдуваемые наружным вентилятором, расположенным на валу двигателя (закрытая машина с ребристой или гладкой станиной, степени защиты IP43, IP44, IP54);

д) IC0541 – двигатели, обдуваемые вентилятором, приводимым во вращение независимым приводом (степени защиты IP43, IP44, IP54).

4.3. В случае использования охлаждающей жидкости, задается максимальная температура охлаждающей жидкости, например, до +70°С.

5. Требования по уровню шума, создаваемого машиной [4].

5.1. Причины шума [8]:

Механические:

— неточность балансировки ротора;

— периодические колебания щеток вследствие неровной поверхности коллектора;

— трение щеток о коллектор;

— трение в подшипниках (особенно в шарикоподшипниках).

Электромагнитные:

— периодические деформации участков магнитопровода, возникающие в результате изменения магнитной проводимости воздушного зазора при вращении зубчатого якоря или вследствие периодического перемагничивания магнитной системы.

— вследствие неуравновешенного притяжения ротора, вызванного небольшим эксцентриситетом.

Аэродинамические:

— вихреобразования потока воздуха, охлаждающего машину.

5.2. Задание требования

За нормируемый уровень шума по ГОСТ 11929-87 и ГОСТ 16372-84 принимается средний уровень звука на расстоянии 1 м от контура машины.

В каких единицах измеряют уровень шума? Уровень шума измеряют в децибелах.

Децибел – это безразмерная единица для измерения отношения некоторых величин.

Величина в децибелах = 10lg(X1/X0) – 10 десятичных логарифмов отношения измеряемого сигнала к базовому значению сигнала.

Уровень шума в децибелах соответствует 10 десятичным логарифмам отношения данной величины звука (интенсивности, давления и скорости звуковых колебаний) к порогу слышимости.

Интенсивность звуковой волны – давление дины на 1 кв.см.

Условно можно считать машины бесшумными, если акустический уровень шума Г -5 Па) (Требования по эргономике и технической эстетике).

2) В виде класса по ГОСТ 16372 – 93, например:

Уровень шума двигателя — класс 2.

В зависимости от требований к уровню шума электрические машины по ГОСТ 16372 — 93 разделяются на четыре класса:

1 — Электрические машины без предъявления требований к уровню шума;

2 — ЭМ с малошумными подшипниками и вентиляторами;

3 — ЭМ с пониженным использованием активных материалов, закрытые, с подшипниками скольжения;

4 — ЭМ со специальными звукоизолирующими кожухами.

Каждому классу и степени защиты соответствует определенный уровень звука. Зависит от мощности и от номинальной частоты вращения.

Пример для класса 1 для электрических машин различных мощностей со степенью защиты IP44.

А), для номинальных частот вращения, об/мин

Предельно допустимый шумовой фон — 40 децибел днем, и 30 ночью. Уровень шума на производстве допускается до 80 децибел, в жилище — 45-55 децибел, а в офисе — 45 децибел. Уровень шума различных технических устройств не должен превышать 35 децибел.Для сравнения можно добавить, что шепот или шелест листвы оценивается в 10 децибел, нормального разговора — 60 децибел, уровень шума от уличного движения составляет 70-85 децибел, вувузела – 124 дБ, грохот реактивного двигателя 140-150. При длительном шуме в 90 децибел у человека появляются первые признаки нарушения органов слуха, 120 децибел вызывают шум в ушах. При звуках в 160 децибел лопается барабанная перепонка.

6. Требования по уровню вибраций, создаваемых машиной [4].

Параметром, характеризующим вибрацию, является вибрационное смещение [мкм] и виброскорость [мм/сек].

Дата добавления: 2019-02-22 ; просмотров: 476 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Угловая скорость вращения вала автомобиля

Частота вращения: формула

Количество повторений каких-либо событий или их возникновения за одну единицу таймера называется частотой. Это физическая величина измеряется в герцах – Гц (Hz). Она обозначается буквами ν, f, F, и есть отношение количества повторяющихся событий к промежутку времени, в течение которого они произошли.

При обращении предмета вокруг своего центра можно говорить о такой физической величине, как частота вращения, формула:

В системе СИ обозначается как – с-1 (s-1) и именуется как обороты в секунду (об/с). Применяют и другие единицы вращения. При описании вращения планет вокруг Солнца говорят об оборотах в часах. Юпитер делает одно вращение в 9,92 часа, тогда как Земля и Луна оборачиваются за 24 часа.

Номинальная скорость вращения

Прежде, чем дать определение этому понятию, необходимо определиться, что такое номинальный режим работы какого-либо устройства. Это такой порядок работы устройства, при котором достигаются наибольшая эффективность и надёжность процесса на продолжении длительного времени. Исходя из этого, номинальная скорость вращения – количество оборотов в минуту при работе в номинальном режиме. Время, необходимое для одного оборота, составляет 1/v секунд. Оно называется периодом вращения T. Значит, связь между периодом обращения и частотой имеет вид:

К сведению. Частота вращения вала асинхронного двигателя – 3000 об./мин., это номинальная скорость вращения выходного хвостовика вала при номинальном режиме работы электродвигателя.

Как найти или узнать частоты вращений различных механизмов? Для этого применяется прибор, который называется тахометр.

Частота вращения ротора

Для вычисления этого параметра электродвигателей нам понадобится частота переменного тока и количество оборотов в минуту при оптимальной нагрузке. Пусть в паспортной табличке указаны следующие данные: частота тока составляет 50 Гц, а количество оборотов – 2800.

Переменный ток создает магнитное поле, которое имеет частоту 50*60=3000 оборотов в секунду. Известно, что электродвигатель асинхронный, а это означает, что наблюдается отставание от номинальной частоты вращения на некоторую величину. Назовем ее скольжением и обозначим за s.

Величина скольжения определяется следующей формулой: s = ((3000 – 2800) / 3000) * 100% = 6,7%.

Угловая скорость

Когда тело движется по окружности, то не все его точки движутся с одинаковой скоростью относительно оси вращения. Если взять лопасти обычного бытового вентилятора, которые вращаются вокруг вала, то точка расположенная ближе к валу имеет скорость вращения больше, чем отмеченная точка на краю лопасти. Это значит, у них разная линейная скорость вращения. В то же время угловая скорость у всех точек одинаковая.

Угловая скорость представляет собой изменение угла в единицу времени, а не расстояния. Обозначается буквой греческого алфавита – ω и имеет единицу измерения радиан в секунду (рад/с). Иными словами, угловая скорость – это вектор, привязанный к оси обращения предмета.

Формула для вычисления отношения между углом поворота и временным интервалом выглядит так:

Обозначение угловой скорости употребляется при изучении законов вращения. Оно употребляется при описании движения всех вращающихся тел.

Угловая скорость в конкретных случаях

На практике редко работают с величинами угловой скорости. Она нужна при конструкторских разработках вращающихся механизмов: редукторов, коробок передач и прочего.

Угловая скорость и угловое ускорение

Вращательное движение можно охарактеризовать угловой скоростью: ω = ∆φ/∆t.

Угловая скорость характеризует скорость вращения тела и равняется отношению изменения угла поворота ко времени, за которое оно произошло. Измеряется в радианах за секунду: [ω] = рад/с.

Угловая скорость вращения связана с линейной скоростью следующим соотношением: v = Rω, где R – радиус окружности, по которой двигается тело.

Вращательное движение тела характеризуется еще одной физической величиной – угловым ускорением, которое равно отношению изменения угловой скорости ко времени, за которое оно произошло: ε = ∆ω/∆t. Единица измерения углового ускорения: [ε] = рад/с 2 .

Угловая скорость и угловое ускорение являются псевдовекторами, направление которых зависит от направления вращения. Его можно определить по правилу правого винта.

Угол поворота и период обращения

Рассмотрим точку А на предмете, вращающимся вокруг своей оси. При обращении за какой-то период времени она изменит своё положение на линии окружности на определённый угол. Это угол поворота. Он измеряется в радианах, потому что за единицу берётся отрезок окружности, равный радиусу. Ещё одна величина измерения угла поворота – градус.

Когда в результате поворота точка А вернётся на своё прежнее место, значит, она совершила полный оборот. Если её движение повторится n-раз, то говорят о некотором количестве оборотов. Исходя из этого, можно рассматривать 1/2, 1/4 оборота и так далее. Яркий практический пример этому – путь, который проделывает фреза при фрезеровании детали, закреплённой в центре шпинделя станка.

Внимание! Угол поворота имеет направление. Оно отрицательное, когда вращение происходит по часовой стрелке и положительное при вращении против движения стрелки.

Если тело равномерно продвигается по окружности, можно говорить о постоянной угловой скорости при перемещении, ω = const.

В этом случае находят применения такие характеристики, как:

Интересно. По известным данным, Юпитер обращается вокруг Солнца за 12 лет. Когда Земля за это время делает вокруг Солнца почти 12 оборотов. Точное значение периода обращения круглого гиганта – 11,86 земных лет.

Циклическая частота вращения (обращения)

Скалярная величина, измеряющая частоту вращательного движения, называется циклической частотой вращения. Это угловая частота, равная не самому вектору угловой скорости, а его модулю. Ещё её именуют радиальной или круговой частотой.

Циклическая частота вращения – это количество оборотов тела за 2*π секунды.

У электрических двигателей переменного тока это частота асинхронная. У них частота вращения ротора отстаёт от частоты вращения магнитного поля статора. Величина, определяющая это отставание, носит название скольжения – S. В процессе скольжения вал вращается, потому что в роторе возникает электроток. Скольжение допустимо до определённой величины, превышение которой приводит к перегреву асинхронной машины, и её обмотки могут сгореть.

Устройство этого типа двигателей отличается от устройства машин постоянного тока, где токопроводящая рамка вращается в поле постоянных магнитов. Большое количество рамок вместил в себя якорь, множество электромагнитов составили основу статора. В трёхфазных машинах переменного тока всё наоборот.

При работе асинхронного двигателя статор имеет вращающееся магнитное поле. Оно всегда зависит от параметров:

Скорость вращения ротора состоит в прямом соотношении со скоростью магнитного поля статора. Поле создаётся тремя обмотками, которые расположены под углом 120 градусов относительно друг друга.

Единицы измерения величины

В международной системе общепринятых единиц (СИ) для характеристики поворотов принято использовать радианы. Поэтому 1 рад/с – основная единица, которая используется в расчетах угловой скорости. В то же время никто не запрещает применять градусы (напомним, что один радиан равен 180/пи, или 57˚18’). Также угловая скорость может выражаться в числе оборотов за минуту или за секунду. Если перемещение по окружности происходит равномерно, то данная величина может быть найдена по формуле (2):

где n – частота вращения.

В противном случае подобно тому, как это делают для обычной скорости, рассчитывают среднюю, или мгновенную угловую скорость. Следует отметить, что рассматриваемая величина является векторной. Для определения ее направления обычно используют правило буравчика, которое часто применяется в физике. Вектор угловой скорости направлен в ту же сторону, в которую происходит поступательное движение винта с правой резьбой. Другими словами, он устремлен вдоль оси, вокруг которой вращается тело, в ту сторону, откуда вращение видно происходящим против движения часовой стрелки.

Видео

В данной статье осветим тему механических и электрических характеристик электродвигателей. На примере асинхронного двигателя рассмотрим такие параметры как мощность, работа, КПД, косинус фи, вращающий момент, угловая скорость, линейная скорость и частота. Все эти характеристики оказываются важными при проектировании оборудования, в котором электродвигатели служат в качестве приводных.

Механические характеристики электродвигателя представляют собой зависимость угловой скорости ω от развиваемого им момента на валу, т.е. ω = f (M). Различают естественные и искусственные механические характеристики электродвигателя.

Естественная механическая характеристика соответствует работе электродвигателя с номинальными параметрами при нормальной схеме включения. Искусственная механическая характеристика соответствует работе электродвигателя с параметрами, отличающимися от номинальных, например, при введении сопротивления, изменении питающего напряжения, частоты и др.

Сегодня особенно широко распространены в промышленности именно асинхронные электродвигатели, поэтому на их характеристиках и остановимся.

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

Для примера рассмотрим АИР80В2У3.

Номинальная механическая мощность асинхронного электродвигателя

На шильдике (на паспортной табличке) электродвигателя указывается всегда номинальная механическая мощность на валу данного двигателя. Это не та электрическая мощность, которую данный электродвигатель потребляет из сети.

Так, например, для двигателя АИР80В2У3, номинал в 2200 ватт соответствует именно механической мощности на валу. То есть в оптимальном рабочем режиме данный двигатель способен выполнять механическую работу 2200 джоулей каждую секунду. Обозначим эту мощность как P1 = 2200 Вт.

Номинальная активная электрическая мощность асинхронного электродвигателя

Чтобы определить номинальную активную электрическую мощность асинхронного электродвигателя, опираясь на данные с шильдика, необходимо принять в расчет КПД. Так, для данного электродвигателя КПД составляет 83%.

Что это значит? Это значит, что только часть активной мощности, подаваемой из сети на обмотки статора двигателя, и безвозвратно потребляемой двигателем, преобразуется в механическую мощность на валу. Активная мощность равна P = P1/КПД. Для нашего примера, по представленному шильдику видим, что P1 = 2200, КПД = 83%. Значит P = 2200/0,83 = 2650 Вт.

Номинальная полная электрическая мощность асинхронного электродвигателя

Полная электрическая мощность, подаваемая на статор электродвигателя от сети всегда больше механической мощности на валу и больше активной мощности, безвозвратно потребляемой электродвигателем.

Для нахождения полной мощности достаточно активную мощность разделить на косинус фи. Таким образом, полная мощность S = P/Cosφ. Для нашего примера P = 2650 Вт, Cosφ = 0,87. Следовательно полная мощность S = 2650/0,87 = 3046 ВА.

Номинальная реактивная электрическая мощность асинхронного электродвигателя

Часть полной мощности, подаваемой на обмотки статора асинхронного электродвигателя, возвращается в сеть. Это реактивная мощность Q.

Реактивная мощность связана с полной мощностью через sinφ, и связана с активной и с полной мощностью через квадратный корень. Для нашего примера:

Реактивная мощность Q измеряется в ВАР — в вольт-амперах реактивных.

Теперь давайте рассмотрим механические характеристики нашего асинхронного двигателя: номинальный рабочий момент на валу, угловую скорость, линейную скорость, частоту вращения ротора и ее связь с частотой питания электродвигателя.

Частота вращения ротора асинхронного электродвигателя

На шильдике мы видим, что при питании переменным током частотой в 50 Гц, ротор двигателя совершает при номинальной нагрузке 2870 оборотов в минуту, обозначим эту частоту как n1.

Трансформаторные подстанции высочайшего качества

с нами приходит энергия

develop@websor.ru

Номинальные режимы и номинальные величины электрических машин

Электрические машины служат для преобразования механической энергии в электрическую (электрические генераторы), электрической энергии в механическую (электрические двигатели), а также для преобразования: частоты и числа фаз переменного тока, рода тока, например постоянного в переменный ток, постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (электромашинные преобразователи).

1. ГОСТ 183-66. Общие технические требования, предъявляемые к электрическим машинам переменного тока с номинальной мощностью свыше 50 Вт (или 50 В Ч А) при частотах до 10 000 Гц и постоянного тока с номинальной мощностью свыше 50 Вт, сформулированы в ГОСТ 183-66. Стандарт распространяется только на электрические машины общепромышленного применения. Электрические машины должны изготовляться в соответствии с требованиями этого стандарта и стандартов или технических условий на отдельные виды электрических машин.
2. Номинальный режим — режим работы, для которого машина предназначена предприятием-изготовителем. Номинальный режим указывается на заводском щитке машины.
3. Номинальные данные электрической машины (мощность, напряжение, ток, частота вращения, коэффициент мощности, коэффициент полезного действия и другие величины) характеризуют номинальный режим ее работы. Они относятся к работе машины на высоте до 1000 м над уровнем моря и при температуре газообразной охлаждающей среды до +40°C и охлаждающей воды до +30 °С (в стандартах и технических условиях может быть установлена другая температура охлаждающей воды, но не более +33 °С).
Номинальные данные машин, спроектированных до утверждения ГОСТ 183-66, относились к температуре газообразной охлаждающей среды +35° С и охлаждающей воды +25° С. Термин « номинальный » может применяться ко всем данным, относящимся к номинальному режиму, независимо от того, указаны эти данные на заводском щитке машины или нет.
4. Номинальные режимы работы электрических машин. Номинальный режим работы электрической машины должен соответствовать одному из следующих основных режимов.
а) Продолжительный режим (условное обозначение режима S1), при котором электрическая машина работает с неизменной нагрузкой, продолжающейся столько времени, что превышения температуры всех частей электрической машины при неизменной температуре охлаждающей среды достигают практически установившихся значений (рис. 15-1, а).
б) Кратковременный режим (S2) с длительностью периода неизменной номинальной нагрузки 10; 30; 60 и 90 минрежим работы, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения машины; при этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей электрической машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли
достигнуть практически установившихся значений, а периоды остановки электрической машины настолько длительны, что все части ее приходят в практически холодное состояние (рис. 15-1,6).
в) Повторно-кратковременный режим (S3) с продолжительностью включения (ПВ) 15; 25; 40 и 60% (продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимают равной 10 мин)-режим работы электрической машины, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами отключения машины (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей электрической машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли достигнуть практически установившихся значений.
Повторно-кратковременный номинальный режим работы характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью включения (ПВ), определяемой по формуле

где N — время работы; R — пауза. Пусковые потери практически не оказывают влияния на превышения температуры отдельных частей машины (рис. 15-1, в).
г) Перемежающийся режим (S6) с продолжительностью нагрузки (ПН) 15; 25; 40 и 60% (продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимают равной 10 мин) — режим работы электрической машины, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами холостого хода (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей электрической машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды могли , достигнуть практически установившихся значений (рис. 15-1, г).
Перемежающийся номинальный режим работы характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью нагрузки (ПН), определяемой по формуле

где N — время работы; V — время холостого хода.
Помимо основных номинальных режимов работы S1, S2, S3 и S6 в качестве дополнительных (рекомендуемых) установлены режимы:
а) повторно-кратковременный с частыми пусками (S4) с ПВ 15; 25; 40 и 60%;
б) повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением (S5) с ПВ 15; 25; 40 и 60%;
в) перемежающийся с частыми реверсами при электрическом торможении (S7);
г) перемежающийся с двумя или более частотами вращения (S8).
В дополнительных номинальных режимах устанавливается: число включений в час (режимы S4 и S5), число реверсов в час (режим S7), число циклов в час (режим S8) (если в стандартах или технических условиях не установлено иное) 30; 60; 120; 240 при коэффициенте инерции (см. раздел) 1,2; 1,6; 2,5 и 4.

Рис. 15-1. Основные номинальные режимы работы электрических машин.

а — продолжительный режим S1; б — кратковременный режим S2; в — повторно-кратковременный режим S3; г — перемежающийся режим S6; J м — максимальная температура.

5. Номинальная мощность электрической машины:
а) для генераторов постоянного тока- полезная мощность на зажимах машины;
б) для генераторов переменного тока-полная электрическая мощность при номинальном коэффициенте мощности;
в) для электродвигателей — полезная механическая мощность на валу;
г) для синхронных и асинхронных компенсаторов — реактивная мощность на зажимах компенсатора.
Номинальная мощность генераторов постоянного тока и электродвигателей выражается в Вт, кВт или МВт, генераторов переменного тока и компенсаторов-в ВА, кВА или MBА. Номинальная мощность указывается на заводском щитке электрической машины.
6. Номинальное напряжение электрической машины — напряжение, соответствующее ее номинальному режиму работы.
Номинальное напряжение трехфазной электрической машины — ее междуфазное (линейное) напряжение.
Номинальное напряжение ротора асинхронной машины с контактными кольцами — напряжение разомкнутой роторной обмотки (вторичной цепи) между контактными кольцами при неподвижном роторе и при статорной обмотке (первичной цепи), включенной на номинальное напряжение.
При двухфазной обмотке ротора за его номинальное напряжение принимают наибольшее из напряжений между контактными кольцами.
Номинальное напряжение возбудительной системы электрической машины с независимым возбуждением — номинальное напряжение того независимого источника, от которого получается возбуждение.
7. Номинальное напряжение возбуждения электрической машины — напряжение на зажимах или на контактных кольцах обмотки возбуждения при питании ее номинальным током возбуждения и сопротивлении обмотки при постоянном токе, которое должно быть приведено к расчетной рабочей температуре (см. раздел).
8. Номинальный ток электрической машины — ток, соответствующий номинальному режиму работы электрической машины.
9. Номинальный ток возбуждения электрической машины — ток возбуждения, соответствующий номинальному режиму работы.
10. Номинальное изменение напряжения электрического генератора — изменение напряжения на зажимах генератора (при работе отдельно от других генераторов) при изменении нагрузки от номинальной до нулевок и при сохранении номинальной частоты вращения; кроме того, для машин с независимым возбуждением — при сохранении номинального тока возбуждения, а для машин с самовозбуждением — при обмотке возбуждения, имеющей расчетную рабочую температуру и неизменное сопротивление цепи обмотки возбуждения. Изменение напряжения выражают в процентах или в долях номинального напряжения генератора.
11. Номинальные условия применения -условия, оговоренные в стандарте или технических условиях на данную электрическую машину, при которых эта машина должна иметь номинальную частоту вращения.
12. Номинальная частота вращения электрической машины — частота вращения, соответствующая работе машины при номинальном напряжении, мощности или моменте, частоте тока и номинальных условиях применения.
13. Номинальное изменение частоты вращения электродвигателя — изменение его частоты вращения при номинальном напряжении на его зажимах (а в случае двигателя переменного тока, кроме того, при номинальной частоте) при следующих изменениях нагрузки:
а) для двигателей, допускающих нулевую нагрузку, — от номинальной нагрузки до нулевой;
б) для двигателей, не допускающих нулевой нагрузки, — от номинальной нагрузки до 1 / 4 номинальной нагрузки.
Изменение частоты вращения выражают в процентах или в долях номинальной частоты вращения.

Выбор номинальной скорости двигателя

При проектировании ЭП важную роль играет правильный выбор скорости двигателя. От этого зависит масса установки, ее габариты, быстродействие в переходных режимах, потери и в значительной степени стоимость. В зависимости от условий работы привода существует два подхода к выбору скорости двигателя [1, 2].

Первый подход. Наиболее просто задача выбора скорости двигателя решается, когда исполнительный механизм работает в установившемся режиме. В этом случае ориентируются на то, что рабочая частота вращения исполнительного механизма значительно меньше , в то время как номинальная частота вращения двигателя более и между двигателем и ИО, как правило, находится редуктор. Ориентировочно мощность двигателя может быть оценена по следующей формуле:

. (1.29)

В этом выражении — активная длина якоря или ротора; — диаметр якоря или ротора; — некоторый постоянный коэффициент ( ). В результате габариты машины определяются развиваемым моментом. При этом с ростом скорости, при тех же габаритах, мощность машины увеличивается. С целью уменьшения габаритов машины и ее стоимости желательно иметь наибольшую частоту вращения якоря или ротора. Особенностью данного подхода является то, что скорость двигателя выбирают из условия минимальных затрат. Но при уменьшении стоимости двигателя, с увеличением частоты вращения, растет стоимость редуктора. Поскольку стоимость редуктора определяется передаваемым моментом, то для мощных приводов затраты на редуктор особенно велики, поэтому стремятся упростить редуктор, уменьшая номинальную частоту вращения двигателя. Для мощных приводов номинальная частота вращения двигателя составляет . В установках малой мощности затраты на редуктор значительно меньше и поэтому стремятся увеличить частоту вращения двигателя, используя двигатель с . В результате выбор двигателя осуществляется на основании технико-экономического расчета с учетом номенклатуры серийно выпускаемых двигателей.

Второй подход. Для установок, работающих в переходных режимах, критерий другой. В этом случае обычно исходят из максимальной производительности установки, которая определяется длительностью переходного процесса. Поэтому нужен двигатель, который обеспечивает минимальную длительность переходных процессов. Следует иметь в виду, что длительность переходного процесса определяется моментом инерции привода, а он, в свою очередь, зависит от момента инерции двигателя, момента инерции РМ и передаточного числа редуктора. В результате, помимо выбора двигателя, задача сводится и к определению оптимального передаточного числа редуктора.

Например, для приводов, работающих в повторно кратковременном режиме, передаточное число редуктора:

, (1.30)

где — оптимальное передаточное число редуктора (с точки зрения минимального времени пуска или останова); — момент сопротивления РМ; — момент двигателя при пуске или торможении; и — моменты инерции РМ и двигателя, приведенные к валу РМ.

Из этого выражения легко найти (пренебрегая ): . В результате ориентировочно частоту вращения двигателя и передаточное число редуктора для данной частоты вращения вала РМ выбирают таким образом, чтобы .

Но на практике часто интересует минимальное время не разгона или торможения, а перемещения РО из одного положения в другое. Учитывая, что этот процесс идет по трапециевидной диаграмме (см. выше), важно обеспечить минимальное время разгона и торможения. В этих случаях обычно для выбора передаточного числа редуктора используют следующее выражение:

. (1.31)

Для повышения быстродействия бывает целесообразно иметь передаточное число редуктора несколько меньше, чем определенное из установившейся скорости механизма при номинальной скорости двигателя. Тогда двигатель будет работать на пониженных скоростях, а длительность переходных процессов уменьшится.

1.8. Переходные процессы [1, 2, 4, 9]

На динамику ЭП влияет множество факторов, основными из которых являются механическая инерция частей ЭП и электромагнитная инерция электрических цепей. Когда механическая инерция является определяющей, модель ЭП строят из учета только механических процессов обусловленных уравнением движения ЭП. Такие переходные процессы называются механическими. Когда влияние электромагнитных процессов достаточно велико, их учитывают, определяя иногда не одну, а несколько постоянных времени. Это значительно усложняет расчет ЭП, а полученная в результате рассмотрения система называется электромеханической. Чаще всего она нелинейна, и линеаризация ее возможна лишь на отдельных участках.

Иногда приходится учитывать и тепловую инерцию в электромашинных установках — как правило в установках с малоинерционными ЭД. У этих ЭД в переходных процессах допустимы очень большие токи, которые вызывают быстрый нагрев обмоток, расположенных вне стальных сердечников. Поэтому возникает необходимость в ограничении токов с одной стороны и в учете изменений параметров ЭД в переходных режимах с другой.

Другой особенностью ЭП является необходимость рассматривать систему при одновременном изменении управляющего и возмущающего воздействий. То есть, рассматривая переходные процессы по управлению, приходится обязательно учитывать нагрузку привода. Статический момент на валу РМ может носить сложный характер. Он может зависеть от скорости, времени, угла поворота и других факторов. Эту зависимость не всегда удается выразить в аналитической форме, и поэтому приходится рассматривать идеализированные модели.