Sélection de moteurs pour mécanismes d'action cyclique
Les actionneurs électriques à action cyclique fonctionnent selon un mode périodique, dont la caractéristique est un démarrage et un arrêt fréquents du moteur. Il est connu du cours de la théorie de l'entraînement électrique que les pertes d'énergie dans les processus transitoires dépendent directement du moment d'inertie de l'entraînement électrique J∑, dont la partie principale, si l'on exclut les mécanismes d'inertie, est le moment d'inertie du moteur Jdv. Ainsi, en mode coupure, il est souhaitable d'utiliser des moteurs qui, à la puissance et à la vitesse angulaire requises, présentent éventuellement le plus petit moment d'inertie Jdv.
Selon les conditions de chauffe, la charge admissible du moteur en fonctionnement intermittent est plus élevée qu'en fonctionnement continu. Lorsque vous démarrez avec une taille agrandie moteur à charge statique doit également développer un couple de démarrage accru dépassant la statique de la valeur du couple dynamique requis. Par conséquent, le fonctionnement intermittent nécessite une plus grande capacité de surcharge du moteur que le fonctionnement à long terme.L'exigence d'une capacité de surcharge élevée est également déterminée par la nécessité de surmonter les surcharges mécaniques à court terme résultant de la séparation des charges, de l'excavation du sol, etc.
Enfin, les conditions de chauffage et de refroidissement des moteurs en fonctionnement intermittent diffèrent de celles en fonctionnement continu. Cette différence est particulièrement prononcée dans les moteurs auto-ventilés, car la quantité d'air de refroidissement entrant dans le moteur dépend de sa vitesse. Pendant les transitoires et les pauses, la dissipation thermique du moteur est altérée, ce qui a un impact significatif sur la charge admissible du moteur.
Toutes ces conditions déterminent la nécessité d'utiliser dans les entraînements électriques à mécanismes d'action cyclique des moteurs spéciaux dont la charge nominale est périodique, caractérisés par un certain cycle de service nominal
où Tp et se — le temps de travail et le temps de pause, respectivement.
En mode intermittent, lors du fonctionnement à charge nominale, la température du moteur fluctue autour de la valeur admissible, augmentant pendant le fonctionnement et diminuant pendant la pause. Il est évident que plus les écarts de température par rapport à l'admissible sont élevés, plus le temps de cycle à une PV donnée Tq = Tp + se est long et plus la constante de temps d'échauffement du moteur Tn est faible.
À la limite de la température maximale possible du moteur, limitez le temps de cycle autorisé. Pour les moteurs domestiques à fonctionnement intermittent, le temps de cycle autorisé est fixé à 10 minutes. Ainsi, ces moteurs sont conçus pour un rapport cyclique dont le graphique pour les temps de service standard (rapport cyclique = 15, 25, 40 et 60 et 100%) est représenté sur la Fig. 1.Lorsque le cycle de service augmente, la puissance nominale du moteur diminue.
L'industrie produit un certain nombre de séries de moteurs à charge intermittente :
— ponts roulants asynchrones à rotor court de la série MTKF et à rotor phasé de la série MTF ;
— séries métallurgiques similaires MTKN et MTN ;
— DC série D (dans la version pour pelles de la série DE).
Les machines de la série spécifiée se caractérisent par la forme d'un rotor allongé (induit), ce qui réduit le moment d'inertie.Afin de réduire les pertes libérées dans l'enroulement du stator pendant les processus transitoires, les moteurs des MTKF et MTKN les séries ont un glissement nominal accru sHOM = 7 ÷ 12 %. La capacité de surcharge des moteurs des séries grue et métallurgique est de 2,3 — 3 à cycle de service = 40 %, ce qui à cycle de service = 100 % correspond à λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.
V moteurs de grue Le mode AC est considéré comme le mode nominal principal avec un cycle de service = 40 %, et dans les moteurs à courant continu - un mode de courte durée d'une durée de 60 minutes (avec un cycle de service = 40 %). Les puissances nominales des moteurs des séries grue et métallurgique à PVNOM = 40% se situent dans la plage : 1,4-22 kW pour les séries MTF et MTKF ; 3-37 kW et 3-160 kW pour les séries MTKN et MTN respectivement ; 2,4-106 kW pour la série D. Les moteurs soufflés de la série D sont conçus pour une puissance nominale de 2,5 à 185 kW avec un cycle de service = 100 %.
Les moteurs à cage d'écureuil peuvent avoir une conception à plusieurs vitesses avec deux ou trois enroulements de stator séparés : série MTKN avec le nombre de pôles 6/12, 6/16 et 6/20 et puissance nominale de 2,2 à 22 kW à PVNOM = 40 % ; Série MTKF avec nombre de pôles 4/12, 4/24 et 4/8/24 et puissance nominale de 4 à 45 kW à PVN0M = 25 %.La production d'une nouvelle série 4MT de grues asynchrones et de moteurs métallurgiques dans la plage de puissance de 2,2 à 200 (220) kW avec un cycle de service de 40% est prévue.
L'utilisation d'un entraînement à deux moteurs double le domaine d'application des types de machines électriques répertoriés. Avec de grandes puissances requises, des moteurs asynchrones de la série A, AO, AK, DAF, etc. sont utilisés, ainsi que des moteurs à courant continu de la même série P dans des modifications spécialisées, par exemple, dans la version pour excavatrices de PE, MPE, pour Ascenseurs MP L, etc.
La sélection des moteurs pour grues et séries métallurgiques est effectuée le plus simplement dans les cas où son programme de travail réel coïncide avec l'un des programmes nominaux illustrés à la fig. 1. Les catalogues et les ouvrages de référence répertorient les puissances moteur à PV-15, 25, 40, 60 et 100 %. Ainsi, lorsque le variateur fonctionne avec une charge statique constante Pst au cycle nominal, il n'est pas difficile de sélectionner un moteur avec la puissance la plus proche du catalogue à partir de la condition PNOM > Rst.
Cependant, les cycles réels sont généralement plus complexes, la charge du moteur dans différentes parties du cycle s'avère différente et le temps de commutation diffère du temps nominal. Dans de telles conditions, la sélection du moteur est effectuée selon un calendrier équivalent, aligné sur l'un des nominaux de la fig. 1. A cet effet, la charge de chauffage équivalente permanente est d'abord déterminée à un PST valide, qui est ensuite recalculé à la durée d'enclenchement PST0M standard. Le recalcul peut être fait en utilisant les ratios :
Les rapports sont approximatifs car ils ne tiennent pas compte de deux facteurs importants qui changent avec un changement de cycle de service et affectent de manière significative le chauffage du moteur.
Riz. 1.Le cycle de service nominal du moteur pour un service intermittent.
Le premier facteur est la quantité de chaleur dégagée dans le moteur en raison des pertes constantes… Cette quantité de chaleur augmente à mesure que PV augmente et diminue à mesure que PV diminue. En conséquence, lorsque vous passez à un gros appareil photovoltaïque, le chauffage augmente et inversement.
Le deuxième facteur est les conditions de ventilation des moteurs. Avec l'auto-ventilation, les conditions de refroidissement pendant les périodes de travail sont plusieurs fois meilleures que pendant les périodes de repos. Par conséquent, avec une augmentation de PV, les conditions de refroidissement s'améliorent, avec une diminution, elles se détériorent.
En comparant l'influence de ces deux facteurs, nous pouvons conclure qu'elle est opposée et dans une certaine mesure mutuellement compensée. Par conséquent, pour les séries modernes, les rapports approximatifs donnent un résultat assez correct s'ils ne sont utilisés que pour le recalcul au rapport cyclique nominal le plus proche de la centrale hydroélectrique.
Il est connu de la théorie de la propulsion électrique que les méthodes de pertes moyennes et de valeurs équivalentes utilisées dans la sélection d'un moteur ont un caractère de vérification, car elles nécessitent la connaissance d'un certain nombre de paramètres d'un moteur préalablement sélectionné. Lors d'une sélection préliminaire, afin d'éviter de multiples erreurs, il est nécessaire de prendre en compte les caractéristiques d'un mécanisme particulier.
Pour les mécanismes industriels généraux d'action cyclique, vous pouvez spécifier les trois cas les plus typiques de présélection du moteur :
1. Le cycle de service du mécanisme est défini et les charges dynamiques ont un effet négligeable sur le chauffage du moteur.
2. Le cycle du mécanisme est défini et les charges dynamiques sont connues pour affecter de manière significative le chauffage du moteur.
3. Le cycle du mécanisme n'est pas déterminé par la tâche.
Le premier cas est le plus typique pour les mécanismes à faible masse inertielle — treuils de levage et de traction à usage unique. L'effet des charges dynamiques sur l'échauffement du moteur peut être évalué en comparant la durée de démarrage tp avec la durée de fonctionnement en régime permanent.
Si tï << tyct, la sélection du moteur peut être effectuée selon le diagramme de charge du variateur. Selon ce diagramme de charge, le couple de charge moyen est déterminé par les formules données précédemment, il est recalculé au cycle de service nominal le plus proche, puis la puissance moteur requise est déterminée à une vitesse de fonctionnement donnée ωρ :
Dans ce cas, un compte rendu approximatif de l'influence des charges dynamiques est effectué en introduisant un facteur de sécurité kz = 1,1 ÷ 1,5 dans la formule. À mesure que le rapport tp / tyct augmente, le facteur de sécurité devrait augmenter approximativement, en supposant qu'à tp / tyct0,2 - 0,3, il est supérieur.
Le moteur présélectionné doit être vérifié pour le chauffage par l'une des méthodes selon la théorie de l'entraînement électrique, ainsi que la capacité de surcharge à partir de la condition :
où Mdop est le moment de surcharge admissible à court terme.
Pour les moteurs à courant continu, le couple est limité par les conditions de commutation du courant sur le collecteur :
où λ est la capacité de surcharge du moteur selon les données du catalogue.
Pour les moteurs asynchrones, lors de la détermination de Mdop, il est nécessaire de prendre en compte la possibilité de réduire la tension secteur de 10 %. Puisque le moment critique Mcr est proportionnel au carré de la contrainte, alors
De plus, les moteurs à induction à cage d'écureuil doivent être contrôlés de la même manière par le couple de démarrage.
Le deuxième cas est caractéristique des mécanismes à grandes masses d'inertie - mécanismes de mouvement et de rotation lourds et à grande vitesse, mais il peut également être réalisé dans d'autres cas avec une fréquence de démarrage élevée.
Ici, l'influence des charges dynamiques peut être évaluée en comparant le temps transitoire et le fonctionnement en régime permanent. Si elles sont commensurables ou tp>tact, les charges dynamiques ne peuvent être négligées même lorsque le moteur est présélectionné.
Dans ce cas, il est nécessaire de construire pour la sélection préliminaire un diagramme de charge approximatif du moteur, après avoir défini, par analogie avec les réglages actuels, son moment d'inertie. Si Jdw << Jm, une erreur dans la valeur de Jdw ne peut pas avoir d'effet significatif sur la justesse de la sélection, et de plus le calcul de vérification ultérieur donne les éclaircissements nécessaires dans chaque cas.
Enfin, le troisième cas est caractéristique des mécanismes à finalité universelle, pour lesquels il est difficile de construire un cycle de travail spécifique. Un exemple en est les mécanismes d'un pont roulant normal à faible capacité de charge, qui peuvent être utilisés dans diverses zones de production.
La base pour choisir un moteur dans de tels cas peut être un cycle de stabilisation, où sur la première section de travail tp1 le moteur fonctionne avec une charge maximale MCT1, et sur la seconde tp2 avec une charge minimale MCT2 Si l'on sait que l'influence des charges dynamiques si l'échauffement du moteur de ce mécanisme est faible, il est possible de déterminer le moment de charge efficace (équivalent en échauffement), en supposant tp1 = tp2
La puissance moteur requise à un régime de fonctionnement donné est déterminée par le rapport
La sélection du moteur selon le catalogue se fait par la condition Ptr < Pnom à la durée calculée d'inclusion de PVnom réglée pour le mécanisme.
Pour les mécanismes de grue, les règles établissent les modes de fonctionnement suivants, déterminés par l'ensemble de leurs conditions de fonctionnement :
- léger - L (PVNOM == 15 ÷ 25%, le nombre de démarrages par heure h <60 1 / h),
- moyen - C (PVNOM = 25 - 40%, h <120 1 / h),
- lourd — T (PVNOM = 40 %, h < 240 1/h)
- très lourd — HT (DFR = 60 %, h < 600 1/h).
- particulièrement lourd - OT (cycle de service = 100%, h> 600 1 / h).
La disponibilité de ces données, basées sur des matériaux statistiques, permet, le cas échéant, de préciser le cycle conditionnel du mécanisme, accepté ci-dessus comme calculé. En effet, le temps de travail est fixe
ce qui permet de présélectionner le moteur de la même manière que dans les deux premiers cas évoqués ci-dessus. Ceci est particulièrement important lorsque l'on peut supposer que l'effet des charges dynamiques sur l'échauffement du moteur est important.