Seleção de motores para mecanismos de ação cíclica
Os atuadores elétricos com ação cíclica operam em um modo periódico, cuja característica é a partida e parada frequentes do motor. Sabe-se do curso da teoria do acionamento elétrico que as perdas de energia em processos transitórios dependem diretamente do momento de inércia do acionamento elétrico J∑, cuja parte principal, se excluirmos os mecanismos inerciais, é o momento de inércia do motor Jdv. Portanto, no modo de corte é desejável usar motores que, na potência e velocidade angular requeridas, tenham possivelmente o menor momento de inércia Jdv.
De acordo com as condições de aquecimento, a carga admissível do motor em operação intermitente é maior do que em operação contínua. Ao começar com ampliado motor de carga estática também deve desenvolver um torque de partida aumentado excedendo o estático pelo valor do torque dinâmico requerido. Portanto, a operação intermitente requer uma maior capacidade de sobrecarga do motor do que a operação de longo prazo.A exigência de uma alta capacidade de sobrecarga também é determinada pela necessidade de superar sobrecargas mecânicas de curto prazo resultantes da separação de cargas, escavação do solo, etc.
Finalmente, as condições de aquecimento e resfriamento dos motores em operação intermitente diferem daquelas em operação contínua. Essa diferença é particularmente pronunciada em motores autoventilados, pois a quantidade de ar de resfriamento que entra no motor depende de sua velocidade. Durante transientes e pausas, a dissipação de calor do motor é prejudicada, o que tem um impacto significativo na carga admissível do motor.
Todas essas condições determinam a necessidade de usar em acionamentos elétricos com mecanismos de ação cíclica motores especiais cuja carga nominal é periódica, caracterizada por um determinado ciclo de trabalho nominal
onde Tp e se — o tempo de trabalho e o tempo de pausa, respectivamente.
No modo intermitente, ao operar em carga nominal, a temperatura do motor oscila em torno do valor permitido, aumentando durante a operação e diminuindo durante a pausa. É óbvio que quanto maiores os desvios de temperatura do admissível, maior o tempo de ciclo em um dado PV Tq = Tp + se e menor a constante de tempo de aquecimento do motor Tn.
Até o limite da temperatura máxima possível do motor, limite o tempo de ciclo permitido. Para motores domésticos com operação intermitente, o tempo de ciclo permitido é igual a 10 minutos. Assim, esses motores são projetados para um ciclo de trabalho cujo gráfico para tempos de trabalho padrão (ciclo de trabalho = 15, 25, 40 e 60 e 100%) é mostrado na Fig. 1.À medida que o ciclo de trabalho aumenta, a potência nominal do motor diminui.
A indústria produz uma série de motores de carga intermitente:
— guindastes assíncronos com rotor esquilo da série MTKF e com rotor de fase da série MTF;
— séries metalúrgicas similares MTKN e MTN;
— DC série D (na versão para escavadoras da série DE).
As máquinas das séries especificadas são caracterizadas pelo formato de rotor (armadura) alongado, que proporciona uma redução no momento de inércia. Para reduzir as perdas liberadas no enrolamento do estator durante processos transitórios, os motores MTKF e MTKN série tem um escorregamento nominal aumentado sHOM = 7 ÷ 12%. A capacidade de sobrecarga dos motores do guindaste e da série metalúrgica é de 2,3 — 3 no ciclo de trabalho = 40%, que no ciclo de trabalho = 100% corresponde a λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.
V motores de guindaste O modo CA é considerado o modo nominal principal com ciclo de trabalho = 40% e em motores CC - modo de curta duração com duração de 60 minutos (junto com ciclo de trabalho = 40%). As potências nominais dos motores do guindaste e da série metalúrgica em PVNOM = 40% estão na faixa: 1,4-22 kW para as séries MTF e MTKF; 3-37 kW e 3-160 kW para as séries MTKN e MTN, respectivamente; 2,4-106 kW para a série D. Os motores soprados da série D são feitos para potência nominal de 2,5 a 185 kW com ciclo de trabalho = 100%.
Os motores de gaiola de esquilo podem ter um projeto de várias velocidades com dois ou três enrolamentos de estator separados: série MTKN com o número de pólos 6/12, 6/16 e 6/20 e potência nominal de 2,2 a 22 kW em PVNOM = 40%; Série MTKF com número de polos 4/12, 4/24 e 4/8/24 e potência nominal de 4 a 45 kW em PVN0M = 25%.Está prevista a produção de uma nova série 4MT de guindastes assíncronos e motores metalúrgicos na faixa de potência de 2,2 a 200 (220) kW com um ciclo de trabalho de 40%.
O uso de acionamento de dois motores dobra a faixa de aplicação dos tipos listados de máquinas elétricas. Com grandes potências necessárias, são utilizados motores assíncronos da série A, AO, AK, DAF, etc., bem como motores DC da mesma série P em modificações especializadas, por exemplo, na versão para escavadeiras de PE, MPE, para Elevadores MP L, etc.
A seleção de motores para guindastes e séries metalúrgicas é realizada de maneira mais simples nos casos em que seu horário de trabalho real coincide com um dos nominais mostrados na fig. 1. Catálogos e livros de referência listam as classificações do motor em PV-15, 25, 40, 60 e 100%. Portanto, quando o drive opera com carga estática constante Pst no ciclo nominal, não é difícil selecionar um motor com a potência mais próxima do catálogo a partir da condição PNOM > Rst.
No entanto, os ciclos reais geralmente são mais complexos, a carga do motor em diferentes partes do ciclo acaba sendo diferente e o tempo de comutação difere do nominal. Nessas condições, a seleção do motor é realizada de acordo com um cronograma equivalente, alinhado com um dos nominais da fig. 1. Para este propósito, a carga de aquecimento equivalente permanente é determinada primeiro em um PST válido, que é então recalculado para a duração de ativação padrão PST0M. O recálculo pode ser feito usando as razões:
As proporções são aproximadas porque não levam em consideração dois fatores importantes que mudam com uma mudança no ciclo de trabalho e afetam significativamente o aquecimento do motor.
Arroz. 1.O ciclo de trabalho nominal do motor para serviço intermitente.
O primeiro fator é a quantidade de calor liberada no motor devido às perdas constantes... Essa quantidade de calor aumenta conforme PV aumenta e diminui conforme PV diminui. Assim, quando você vai para um grande dispositivo fotovoltaico, o aquecimento aumenta e vice-versa.
O segundo fator são as condições de ventilação dos motores. Com a autoventilação, as condições de resfriamento durante os períodos de trabalho são várias vezes melhores do que durante os períodos de descanso. Portanto, com o aumento do PV, as condições de resfriamento melhoram, com a diminuição, elas se deterioram.
Comparando a influência desses dois fatores, podemos concluir que ela é oposta e, até certo ponto, mutuamente compensada. Portanto, para séries modernas, as razões aproximadas fornecem um resultado bastante correto se forem usadas apenas para recálculo para o ciclo de trabalho nominal mais próximo da usina hidrelétrica.
Sabe-se da teoria da propulsão elétrica que os métodos de perdas médias e valores equivalentes utilizados na seleção de um motor são de natureza verificativa, pois requerem o conhecimento de uma série de parâmetros de um motor previamente selecionado. Ao fazer uma seleção preliminar, para evitar erros múltiplos, é necessário levar em consideração as características de um determinado mecanismo.
Para mecanismos industriais gerais de ação cíclica, você pode especificar os três casos mais típicos de pré-seleção do motor:
1. O ciclo de trabalho do mecanismo é definido e as cargas dinâmicas têm um efeito insignificante no aquecimento do motor.
2. O ciclo do mecanismo é definido e sabe-se que as cargas dinâmicas afetam significativamente o aquecimento do motor.
3. O ciclo do mecanismo não é determinado pela tarefa.
O primeiro caso é mais típico para mecanismos com massas inerciais baixas - guinchos de tração e içamento de uso único. O efeito das cargas dinâmicas no aquecimento do motor pode ser avaliado comparando a duração da partida tp com a duração da operação em estado estacionário.
Se tп << tyct, a seleção do motor pode ser feita de acordo com o diagrama de carga do inversor. De acordo com este diagrama de carga, o torque de carga médio é determinado pelas fórmulas fornecidas anteriormente, é recalculado para o ciclo de trabalho nominal mais próximo e, em seguida, a potência necessária do motor é determinada a uma determinada velocidade operacional ωρ:
Neste caso, faz-se uma estimativa aproximada da influência das cargas dinâmicas introduzindo na fórmula um fator de segurança kz = 1,1 ÷ 1,5. À medida que a relação tp / tyct aumenta, o fator de segurança deve aumentar aproximadamente, assumindo que em tp / tyct0,2 — 0,3 é maior.
O motor pré-selecionado deve ser verificado quanto ao aquecimento por um dos métodos de acordo com a teoria do acionamento elétrico, bem como a capacidade de sobrecarga da condição:
onde Mdop é o momento de sobrecarga de curto prazo permitido.
Para motores DC, o torque é limitado pelas condições de comutação atuais no coletor:
onde λ é a capacidade de sobrecarga do motor de acordo com os dados do catálogo.
Para motores assíncronos, ao determinar o Mdop, é necessário levar em consideração a possibilidade de reduzir a tensão da rede em 10%. Como o momento crítico Mcr é proporcional ao quadrado da tensão, então
Além disso, os motores de indução de gaiola de esquilo devem ser verificados da mesma forma pelo torque de partida.
O segundo caso é característico de mecanismos com grandes massas inerciais - mecanismos de movimento e rotação pesados e de alta velocidade, mas também pode ser realizado em outros casos com alta frequência de partida.
Aqui, a influência das cargas dinâmicas pode ser avaliada comparando o tempo transitório e a operação em regime permanente. Se forem comensuráveis ou tp>tact, as cargas dinâmicas não podem ser desprezadas mesmo quando o motor é pré-selecionado.
Neste caso, é necessário construir para a seleção preliminar um diagrama de carga aproximado do motor, tendo definido, por analogia com os ajustes atuais, seu momento de inércia. Se Jdw << Jm, um erro no valor de Jdw não pode ter um efeito significativo na correção da seleção e, além disso, o cálculo de verificação subsequente fornece os esclarecimentos necessários em cada caso.
Por fim, o terceiro caso é característico de mecanismos de finalidade universal, para os quais é difícil construir um ciclo de trabalho específico. Exemplo disso são os mecanismos de uma ponte rolante normal com baixa capacidade de carga, que podem ser utilizados em diversas áreas de produção.
A base para a escolha de um motor nesses casos pode ser um ciclo de estabilização, onde na primeira seção de trabalho tp1 o motor trabalha com carga máxima MCT1 e na segunda tp2 com carga mínima MCT2. Se for conhecido que a influência de cargas dinâmicas se o aquecimento do motor deste mecanismo for pequeno, é possível determinar o momento de carga rms (equivalente no aquecimento), assumindo tp1 = tp2
A potência necessária do motor em uma determinada velocidade de operação é determinada pela relação
A seleção do motor conforme catálogo é feita pela condição Ptr < Pnom na duração calculada de inclusão do PVnom definido para o mecanismo.
Para mecanismos de guindaste, as regras estabelecem os seguintes modos de operação, determinados pela totalidade de suas condições de operação:
- luz — L (PVNOM == 15 ÷ 25%, o número de partidas por hora h <60 1 / h),
- médio — C (PVNOM = 25 — 40%, h <120 1 / h),
- pesado — T (PVNOM = 40%, h < 240 1 / h)
- muito pesado — HT (DFR = 60%, h < 600 1 / h).
- especialmente pesado — OT (ciclo de trabalho = 100%, h> 600 1 / h).
A disponibilidade desses dados, com base em materiais estatísticos, permite, se necessário, especificar o ciclo condicional do mecanismo, aceito acima como calculado. Na verdade, o horário de trabalho é fixo
o que permite que o motor seja pré-selecionado da mesma forma que nos dois primeiros casos discutidos acima. Isso é particularmente importante quando o efeito de cargas dinâmicas no aquecimento do motor pode ser considerado significativo.