Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы
Предлагается прямой выбор АД для различных режимов работы, позволяющий учесть как температурные ограничения, так и массо-габаритно-стоимосные и энергетические критерии, а также ряд функциональных ограничений. Пропонується прямий вибір АД для різних режимів роботи, який дозволяє врахувати як температ...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143190 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы / В.C. Петрушин, А.М. Якимец, А.В. Груша // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 2. — С. 48-50. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143190 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Петрушин, В.С. Якимец, А.М. Груша, А.В. 2018-10-25T19:44:00Z 2018-10-25T19:44:00Z 2009 Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы / В.C. Петрушин, А.М. Якимец, А.В. Груша // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 2. — С. 48-50. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143190 621.313.333 Предлагается прямой выбор АД для различных режимов работы, позволяющий учесть как температурные ограничения, так и массо-габаритно-стоимосные и энергетические критерии, а также ряд функциональных ограничений. Пропонується прямий вибір АД для різних режимів роботи, який дозволяє врахувати як температурні обмеження, так і масо-габаритно-вартісні і енергетичні критерії, а також низку функціональних обмежень. A direct choice of an induction motor for different mode of operation is described that allows taking into account both warm-up restrictions and massdimension-cost and energy criteria together with a number of functional restrictions. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы Choice of an induction motor for different working conditions Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы |
| spellingShingle |
Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы Петрушин, В.С. Якимец, А.М. Груша, А.В. Електричні машини та апарати |
| title_short |
Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы |
| title_full |
Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы |
| title_fullStr |
Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы |
| title_full_unstemmed |
Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы |
| title_sort |
выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы |
| author |
Петрушин, В.С. Якимец, А.М. Груша, А.В. |
| author_facet |
Петрушин, В.С. Якимец, А.М. Груша, А.В. |
| topic |
Електричні машини та апарати |
| topic_facet |
Електричні машини та апарати |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Електротехніка і електромеханіка |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Choice of an induction motor for different working conditions |
| description |
Предлагается прямой выбор АД для различных режимов работы, позволяющий учесть как температурные ограничения, так и массо-габаритно-стоимосные и энергетические критерии, а также ряд функциональных ограничений.
Пропонується прямий вибір АД для різних режимів роботи, який дозволяє врахувати як температурні обмеження, так і масо-габаритно-вартісні і енергетичні критерії, а також низку функціональних обмежень.
A direct choice of an induction motor for different mode of operation is described that allows taking into account both warm-up restrictions and massdimension-cost and energy criteria together with a number of functional restrictions.
|
| issn |
2074-272X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143190 |
| citation_txt |
Выбор асинхронных двигателей для различных режимов работы / В.C. Петрушин, А.М. Якимец, А.В. Груша // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 2. — С. 48-50. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT petrušinvs vyborasinhronnyhdvigateleidlârazličnyhrežimovraboty AT âkimecam vyborasinhronnyhdvigateleidlârazličnyhrežimovraboty AT grušaav vyborasinhronnyhdvigateleidlârazličnyhrežimovraboty AT petrušinvs choiceofaninductionmotorfordifferentworkingconditions AT âkimecam choiceofaninductionmotorfordifferentworkingconditions AT grušaav choiceofaninductionmotorfordifferentworkingconditions |
| first_indexed |
2025-11-25T21:08:01Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:08:01Z |
| _version_ |
1850551184308305920 |
| fulltext |
48 Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №2
УДК 621.313.333
В.C. Петрушин, А.М. Якимец, А.В. Груша
ВЫБОР АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
Пропонується прямий вибір АД для різних режимів роботи, який дозволяє врахувати як температурні обмеження,
так і масо-габаритно-вартісні і енергетичні критерії, а також низку функціональних обмежень.
Предлагается прямой выбор АД для различных режимов работы, позволяющий учесть как температурные ограниче-
ния, так и массо-габаритно-стоимосные и энергетические критерии, а также ряд функциональных ограничений.
ВВЕДЕНИЕ
Основной задачей при выборе асинхронных дви-
гателей (АД) для разнообразных электроприводов
является максимальное приближение эксплуатацион-
ных характеристик этих электромеханических преоб-
разователей к задаваемым требованиям потребителей
при обеспечении надежной и экономичной работы в
течение определенного ресурса времени. На валу дви-
гателя может быть нагрузка различная по характеру
(постоянство момента нагрузки, постоянство мощно-
сти нагрузки, степенная зависимость момента от час-
тоты вращения), по величине, по режиму работы
(продолжительный, кратковременный, повторно-
кратковременный, перемежающийся и т.д.). В частно-
сти от режима работы, т.е. от соотношения длитель-
ности периодов работы и пауз между ними или пе-
риодов работы с полной или частичной нагрузкой, от
частоты включения машины и характера протекания
переходных процессов, зависит нагрев электрической
машины. Наряду со стандартными режимами работы
[1], возможны и нестандартные [2, 3]. Стандартные
характеризуются различными временными показате-
лями (ПВ – продолжительностью включения, ПН –
продолжительностью нагрузки, продолжительностью
работы, частотой включения и т.д.).
Правильный выбор двигателя должен обеспечить
высокие энергетические показатели в процессе экс-
плуатации, свидетельствующие о его рациональном
использовании. Как правило, нагрузка на валу двига-
теля изменяется во времени (может быть описано с
помощью нагрузочных диаграмм или циклограмм),
вследствие чего изменяются потери в нем и, соответ-
ственно, температуры частей двигателя. Т.е., для вы-
бора двигателя целесообразно проведение полного
теплового расчета, в результате которого определя-
ются температуры наиболее напряженных в тепловом
отношении обмотки статора и подшипников, с учетом
зависимости нагрузки от времени, а также с учетом
переходных процессов (пуска, реверса, торможения,
перехода от одной нагрузки к другой и т.д.).
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
На сегодняшний день методика выбора АД для
стандартных режимов работы [4, 5, 6, 7] базируется на
косвенной оценке температурного режима. Для этого
используются методы эквивалентного тока, эквива-
лентного момента, эквивалентной мощности. Вместе
с тем при прямом выборе возможен расчет значений
температур конструктивных элементов АД, и при ус-
ловии не превышения ими температурных ограниче-
ний, осуществление выбора, когда в качестве крите-
риев могут использоваться масса, габариты, стои-
мость двигателя, среднециклические приведенные
затраты на изготовление и эксплуатацию ПЗсц, сред-
нециклические энергетические показатели (КПД и
коэффициент мощности), либо может быть применен
обобщенный критерий, учитывающий в качестве со-
ставляющих вышеперечисленные критерии. Результа-
ты выбора изменяются при различных используемых
критериях или при различных их составляющих в
обобщенном критерии, а также зависят от задаваемых
коэффициентов значимости этих составляющих. При
расчете критериев могут приниматься во внимание их
значения в переходных режимах работы. Такой под-
ход позволяет осуществлять выбор как для режимов
работы, в которых продолжительности переходных
режимов значительно меньше продолжительностей
работы в установившихся режимах, так и для режи-
мов при соизмеримости вышеуказанных продолжи-
тельностей. При выборе определяется, удовлетворяет
ли выбранный вариант ограничениям, определяемых
требованиями стандартов и технических заданий, к
числу которых относятся тепловые (температуры об-
мотки статора и подшипниковых щитов), механиче-
ские (прогиб вала, критическая скорость вращения,
прочность вала, динамическая грузоподъемность
подшипников), виброакустические (уровни виброско-
рости от небаланса подшипников в осевом и радиаль-
ном направлениях, уровни магнитной виброскорости,
виброускорения и шума, уровень вентиляционного
шума), пусковые (кратности пусковых тока и момен-
та), динамические (максимальные броски тока и мо-
мента при переходном процессе, время переходного
процесса) показатели, показатели механических ха-
рактеристик (относительная жесткость характеристи-
ки, перегрузочная способность). Если в качестве кри-
терия выбора использовать такой энергетический по-
казатель, как КПД, будет обеспечиваться энергосбе-
регающая эксплуатация двигателя.
В связи с вышесказанным для реализации автома-
тизированного выбора АД для различных режимов
работы с учетом вышеперечисленных критериев и ог-
раничений требуются комплексные математические
модели (ММ), включающие в себя модели АД (для
установившегося режима основанной на Т-образной
схеме замещения, для динамического режима – на сис-
теме дифференциальных уравнений обобщенной ма-
шины, для анализа теплового состояния ММ, описан-
ные в [8, 9, 10, 11, 12, 13]) и модели нагрузочных диа-
грамм М(t) - циклограмм и позволяющих выполнить
анализ электромагнитных, электромеханических, энер-
гетических, тепловых, механических, виброакустиче-
ских процессов при работе АД на различные по харак-
теру, величине и режиму нагрузки. Модели двигателя
предполагают рассмотрение машин различных конст-
руктивных исполнений, степеней защиты, систем вен-
тиляции, типов роторов и т.д. и учитывают изменение
параметров схем замещения двигателя вследствие на-
Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №2 49
сыщения стали магнитопровода и вытеснения токов в
обмотках двигателя, наличие основных и добавочных
потерь в стали в статических и динамических режимах
работы двигателя, наличие высших пространственных
гармоник магнитного поля.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
На кафедре электрических машин Одесского на-
ционального политехнического университета был
разработана программа DIMDrive, предназначенная
для автоматизированного выбора АД для различных
режимов работы. Программа основана на системных
принципах, аналогично программе DIMASDrive [14],
позволяющих учесть взаимовлияние двигателя и на-
грузки (при необходимости могут использоваться
модели согласующего напряжения сети и двигателя
трансформатора и редуктора между двигателем и на-
грузкой) и реализовать комплексный анализ работы
АД, на основе которого рассматриваются все наибо-
лее важные аспекты функционирования двигателя.
Вышеуказаная программа была использована для
автоматизированного выбора двигателя при решении
такой производственной задачи. Анализируемые двига-
тели (4А180S4, 4А160S4, 4А160М4) работали на на-
грузку, описываемую следующей циклограммой: 600 с -
150 мН ⋅ , 600 с – 100 мН ⋅ . Зависимости перегревов
обмотки статора рассматриваемых двигателей, рассчи-
танные программой DIMDrive, представлены на рис. 1.
Согласно полученным зависимостям двигатели
4А180S4 и 4А160М4 при работе на заданную цикло-
грамму удовлетворяют температурному ограничению,
соответствующему используемой в двигателях изоля-
ции класса F, а двигатель 4А160S4 не удовлетворяет.
Поэтому дальнейший выбор осуществлялся из
двигателей 4А180S4 и 4А160М4. Полученые анало-
гичным образом зависимости температур подшипни-
ковых щитов трех рассматриваемых двигателей под-
тверждают обеспечение в них, при работе на задан-
ную циклограмму, температур подшипников ниже
допустимых. Автоматизированный выбор с помощью
программы DIMDrive проводился по обобщенному
критерию, результаты которого представляются в
виде экспертных оценок в баллах [15]. При автомати-
зированном выборе эти экспертные оценки выбирае-
мого АД формируется следующим образом: для сред-
нециклических энергетических критериев КПД (ηсц) и
коэффициента мощности (cosϕсц) – у двигателя, кото-
рый имеет наибольшие показатели из нескольких
двигателей, участвующих в выборе, они принимаются
за 100 балов, для остальных берётся процент от при-
нятого за 100 балов; для стоимостных, габаритных,
весовых критериев, а также критерия среднецикличе-
ских приведенных затрат ПЗсц – берётся разность
большего и текущего значения и определяется отно-
шение к большему значению. Суммарная результи-
рующая оценка является определяющей при выборе.
Результаты автоматизированного выбора при ко-
эффициентах значимости всех составляющих обоб-
щенного критерия равных 1 представлены в табл. 1.
При заданных требованиях выбора двигатель 4А160М4
имеет большую сумму балов. В случае использования
других коэффициентов значимости либо только от-
дельных составляющих обобщенного критерия, ре-
зультаты автоматизированного выбора меняются.
а
б
в
Рис. 1. Зависимости перегревов обмотки статора для
продолжительного с номинальным моментом (1)
и заданого перемежающегося (2) режимов:
а – 4A180S4, б – 4A160М4, в – 4A160S4
Таблица 1
Результаты автоматизированного выбора
Двигатели
Показатели
160М4 180S4
ηсц 98,888 100
cosϕсц 100 97,96
Приведенные затраты ПЗсц 20,796 0
Масса 25,03 0
Стоимость 22,04 0
Объем 6,24 0
Результат выбора (балл) 273 197,96
Как указывалось выше, задача выбора должна
решаться с учетом и других функциональных показа-
телей работы двигателя, а именно механических, виб-
роакустических, динамических, пусковых показателей,
50 Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №2
показателей механических характеристик. Результаты
расчетов этих показателей, выполненные с помощью
программы DIMDrive, представлены в табл. 2.
Таблица 2
Сравнение показателей двигателей при работе
на заданную нагрузочную диаграмму
Двигатели
Параметры 160М4 180S4
ПЗсц АД, грн 3593,7 4537,2
ηсц АД 0,8875 0,8987
cosϕсц АД 0,8659 0,8449
Mасса АД, кг 147,269 196,427
Стоимость АД, грн 2041,53 2618,64
Объем АД, м3 0,01332 0,01421
Прогиб вала, % 4,2 5,8
Расчетная критическая частота вращения,
об/мин
13500 9700
Требуемая прочность вала, кПа 41 43
Требуемая динамическая грузоподъмность
подшипников, кН
18,5 22
Уровень механической виброскорости в
осевом направлении, (мм/с)
0,99 0,7
Уровень механической виброскорости в ради-
альном направлении, (мм/с)
0,76 0,67
Общий уровень магнитной виброскорости, (дБ) 94 89
Уровень магнитного виброускорения, (дБ) 93,8 88,7
Уровень магнитного шума, (дБ) 77 72
Уровень вентиляционного шума, (дБ) 77 80
Кратность пускового тока 5,2 5,88
Кратность пускового момента 1,05 1,3
Бросок тока при переходном процессе, А 48 50
Бросок момента при переходном процессе,
мН ⋅
178 182
Время переходного процесса, с, 0,35 0,4
Относительная жесткость механической
характеристики, о. е.
1,7 1,68
Перегрузочная способность, о.е. 2,6 2,3
Кроме вышеперечисленных показателей в таб-
лице даются среднециклические приведенные затра-
ты, среднециклические энергетические показатели,
массо-габаритно-стоимостные показатели.
Программа DIMDrive позволяет использовать
при автоматизированном выборе как ограничение
любой из вышерассмотренных функциональных по-
казателей.
ВЫВОДЫ
1. Существующие методики выбора АД для
различных режимов работы базируются только на
косвенной оценке температурного режима и не учи-
тывают других факторов.
2. Прямой выбор АД для различных режимов
работы заключается в использовании энергетических,
массо-габаритно-стоисмотных критериев при выборе
и осуществляется после проверки по результатам теп-
лового расчета удовлетворяются ли соответствующие
температуры задаваемым ограничениям.
3. Выбор может осуществляться с учетом опре-
деленных ограничений, к числу которых относят ме-
ханические, виброакустические, динамические, пус-
ковые показатели, показатели механических характе-
ристик.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 183-74. Машины электрические вращающиеся.
Общие технические требования
2. Нестационарные тепловые расчеты в электрических
машинах. Беспалов В.Я., Дунайкина Е.А., Мощинский
Ю.А./ Под редакцией Б.К.Клокова. – М.: Моск. энерг. ин-т,
1987. – 72 с.
3. Дунайкина Е.А. Разработка модификации асинхронных
двигателей единой серии 4А (h=56-132 мм) для кратковре-
менных режимов: Автореф. дис… канд. техн. наук: 05.09.01
/ Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской рево-
люции энергетический институт. – Москва, 1986. – 20 с.
4. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод.
–М.: Энергоатомиздат, 1988. – 418 с.
5. Справочник по автоматизированному электроприводу /
Под ред. В.А. Елисеева, А.В. Шинянского. – М.: Энерго-
атомиздат, 1983. – 616 с.
6. Справочник по электрическим машинам.: В 2 т. / Под
общ. редакцией докт. техн. наук И.П. Копылова, канд. техн.
наук Б.К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – Т1. – 456
с. – Т2. – 688 с.
7. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория авто-
матизированного электропривода. – М.: Энергия, 1979. –
616 с. Клоков Б.К. Расчет вытеснения тока в стержнях про-
извольной конфигурации // Электротехника. – 1969. - №9. -
С. 48 -51.
8. Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Анализ
потерь и теплового состояния асинхронного двигателя при
частотном управлении. Праці Інституту єлектродинаміки
НАН України. - Київ: ІЕД НАН України,1999. - Вип. 1. С.
31- 36.
9. Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Расчет
температур конструктивных элементов асинхронных двига-
телей в динамических режимах. // Вісник На-ціонального
університету "Львівська политехніка", № 403, Львів, 2000,
С. 145-149.
10. Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Анализ
потерь и теплового состояния асинхронного двигателя при
параметрическом управлении // Техническая
электpодинамика, №4, 2000, С. 34-38.
11. Петрушин В.С., Якимец А.М. Универсальная тепловая
схема замещения регулируемых асинхронных двигателей //
Електpомашинобудування та електрообладнання:
Міжвід.наук.-техн. зб. – 2002.– Вип. 59.– С. 75-79.
12. Петрушин В.С., Якимец А.М., Кобрин В.Л. Тепловые
расчеты нестационарных режимов работы асинхронных
двигателей регулируемых электроприводов //
Електротехніка і електромеханіка: Науково-практичний
журнал. – 2003. – №4. – С. 65 – 68.
13. Петрушин В.С., Якимец А.М., Груша А.В, Каленик О.В.
Энергетические и тепловые показатели регулируемых асин-
хронных двигателей с учетом высших пространственно-
временных гармоник // Електpомашинобудування та електро-
обладнання: Mіжвід.наук.-техн. зб., вип. 70, 2008, С. 68 – 71.
14. Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Программ-
ный продукт “DIMASDrive”. Программа анализа работы,
выбора и проектирования асинхронных короткозамкнутых
двигателей систем регулируемого электропривода (свиде-
тельство о регистрации программы ПА №4065). Киев: Ми-
нистерство образования и науки Украины, Государствен-
ный департамент интеллектуальной собственности,
26.03.2001.
15. Петрушин В.С. Поэтапный выбор серийных асинхрон-
ных двигателей для систем частотного электропрво-
да//Технічнат електpодинаміка. Тематичний випуск. – 2002.
– Частина 3. – С. 41 – 44.
Поступила 22.10.08
Петрушин Виктор Сергеевич, д.т.н., проф.,
Якимец Андрей Миронович, к.т.н., доц.,
Груша Андрей Васильевич
Одесский национальный политехнический университет
Украина, 65044, Одесса, пр-т Шевченко, 1, ОНПУ,
кафедра "Электрические машины"
тел. (8-048) 779-74-94, 779-76-80,
e-mail: victor_petrushin@ukr.net, yakimets@i.ua
|