Мощность двигателя, затрата энергии, К. П. Д. установки и машины

Мощность двигателя

Подъемный электрический двигатель должный работать с нагрузкой, при которой в течение продолжительного времени нагрев его обмоток не превышает допустимых норм. Двигатель подъемной установки работает в тяжелых условиях с переменным вращающим моментом и изменяющейся частотой вращения, причем эти величины меняются периодически, через промежутки времени, равные продолжительности подъемной операции. Поэтому в разные периоды подъемной операции изменяется количество выделяемой в обмотке двигателя теплоты.

В соответствии с характером нагрузочных диаграмм на подъемный двигатель мощность его должна удовлетворять: нормальному нагреву средним квадратичным током: допустимым перегрузкам, которые имеют место как при движении подъемных сосудов, так и в экстренных случаях. К последним относится выполнение маневров, регулирование длины подъемных канатов и т.п.

На основании понятия о среднем квадратичном токе вытекает понятие об эквивалентном усилии двигателя ели при системах с органами навивки постоянного радиуса и эквивалентном моменте обращение двигателя при системах с органами навивки переменного радиуса.

Эквивалентное усилие (момент) — это абстрактное, постоянное по величине усилие (момент), действующее беспрерывно, включая и паузу между движениями подъемных сосудов, и вызывающее такой же нагрев двигателя как имеющие место фактические усилия (моменты) по погрузочным диаграммам на двигатель.

При подъемных системах с органами навивки постоянного радиуса, статически уравновешенных, и трехпериодной диаграмме скорости (см. рис. 48, б) эквивалентное усилие

(141)

Знаменатель подкоренного выражения формулы (141)

Т_n' = k_уд (t₁ + t₃) + t₂ + k_nt_n (142)

где k_у.д и k_n - коэффициенты, которые учитывают ухудшение условий охлаждение во время соответственно ускоренного и замедленного движения, а также паузы между движением подъемных сосудов; по данным акад. М. М. Федорова k_у.д = 1 и k_п = 0,38 ХЭМЗ рекомендует k_у.д = 0,5 и k_п = 0,25.

При подъемных системах с органами навивки постоянного радиуса без уравновешивающего и с тяжелым уравновешивающим канатом, когда на протяжении каждого периода времени подъемной операции изменяются F₁ до F₂, F₃ до F₄ и т.д. и при трехпериодной диаграмме скорости (см. рис. 48, а и в) эквивалентное усилие

(143)

В общем случае для подъема систем с органами навивки постоянного радиуса при любых диаграммах скорости

(144)

 

То же, с органами навивки переменного радиуса

(145)

Необходимо иметь в виде, что при определении F_экв (или М_экв) при механическом торможении отрицательные усилия (моменты) в подкоренное выражение не вводятся, а при электрическом торможении — вводятся, так как в первом случае они не способствуют нагреванию двигателя, а во втором способствуют.

Отношение максимального движущего усилия при системе с постоянным радиусом навивки по погрузочной диаграмме (или максимального вращающего момента) к F_экв (или М_экв) называется коэффициентом перегрузки при подъеме

(146)

При асинхронном двигателе k_под ≤ 1,6... 1,8, при системе привода с двигателем постоянного тока k_под ≤ 1,8... 2.

Кроме перегруза при подъеме имеет место перегруз от экстренных усилий (моментов).

При наличии кулаков максимальные экстренные усилия (моменты) при маневрах могут быть в следующих случаях:

1) при поднимании верхней груженой клети, когда нижняя, стоит на кулаках,

(147)

(148)

где — коэффициент сопротивления движению одного подъемного сосуда и его области каната; R_k и R_H — соответственно конечный и начальный радиусы навивки;

2) при удлинении каната, когда нижняя клеть с порожними вагонетками поднимается, а верхняя стоит на кулаках,

(149)

(150)

При отсутствии кулаков или наличии их только на верхней приемной площадке, а внизу при наличии качающихся площадок и когда при подъеме нижняя порожняя клеть массой Q_с поднимается без вагонеток (при регулировке каната),

(151)

(152)

где — масса порожних вагонеток.

Коэффициент перегруза от экстренных усилий (моментов)

(153)

Для асинхронного двигателя допускается k_э ≤ 1,8...2 и для системы привода с двигателем постоянного тока k_э ≤ 2 … 2,2.

При системах с органами навивки переменного радиуса k_под и k_э определяют как отношение соответственно М_max„ и М_эк.max и М_экв.

Значение k_э и k_под не должны превышать допустимых значений, причем для соблюдения этого может возникнуть необходимость в увеличении F_экв, (или М_екв). Увеличение должно быть не более 30 % при асинхронном двигателе и не более 40% при системе привода с двигателем постоянного тока. В противиом случае уменьшение k_под и к_э достигается не увеличением F_экв (или М_екв), а уменьшением F_max (или М_max ) и F_эк.max (или М_эк.max ). В связи с этим может возникнуть необходимость в уменьшении ускорения а₁ (или ε₁₎.

Определив F_экв (или М_екв), удовлетворяющее условиям допустимого нагревания двигателя током и допустимого перегруза при подъеме и от экстренных усилий, находим эквивалентную мощность (кВт) подъемного двигателя:

при системах с органами навивки постоянного радиуса

(154)

то же, переменного радиуса

(155)

Строительная мощность подъемного двигателя устанавливается увеличением N_экв к ближайшей мощности, по каталогу, причем ее рекомендуется брать на 10 - 15 % больше эквивалентной.

Расход энергии

Асинхронный двигатель. При неизменяющихся в период пуска напряжении и cosφ потребляемая мощность будет зависеть от тока, который определяется вращающим моментом.

Мощность N₁ на валу подъемного двигателя в начале подъемной операции равняется нулю, но в это же время из сети потребляется и в реостате затрачивается мощность N'₁, при системе с органами навивки постоянного радиуса

(156)

то же, переменного радиуса

(157)

Мощность, затрачиваемая в реостате при положительных усилиях в конце подъемной операции, соответственно составляет

(158)

(159)

 

Диаграмма расхода энергии асинхронным питателем из сети для подъемной системы с постоянным радиусом навивки без уравновешивающего каната и при трехпериодной диаграмме скорости показана на рис. 52, где площадь N₁ – 1 – 2 – 3 – 4 — N₆ — N₁ — энергия, затрачиваемая на валу барабана, площади N₁ - N₂ -1 - N₁, 2 - N₃ - N₄ – 3 - 2 и 4 - N₅ - N₆ – 4 - потери энергии в редукторе, площади N₁ - N₂ - N'₁ - N₁ и N₅ - N'₆ - N₆ - N₅ потери в реостате в периоды ускоренного и замедленного движения, площади N'₁ – 5 – 6 - - N'₁, N₃ – 7 – 8 - N₄ - N₃ и N₅ – 9 – 10 - N'₆ - N₅ - потери в подъемном двигателе.

Затрата энергии (кВт·с) подъемной установкой на валу двигателя за одну подъемную операцию определяется как сумма расходов энергии в отдельные периоды движения:

(160)

Аналогичным образом определяют расход энергии при любых диаграммах скорости.

Расход энергии (кВт·ч) на шинах электроподстанции на 1 т поднимаемого груза при одновременно поднимаемом грузе Qn

 

(161)

 

где 1,03 - коэффициент, учитывающий расход энергии во время маневров и при торможении; η_д - к.п.д. двигателя; η_с = 0,95 — к.п.д. электрической сети.

Расход энергии (кВт·ч) на 1 т·км при высоте подъема Н

(162)

Годовой расход энергии установкой на подъем полезного ископаемого и породы

(163)

 

 

Рис. 52 - Диаграмма расхода электроэнергии при асинхронном двигателе

Привод с двигателем постоянного тока (система Г-Д). Ток в этом приводе изменяется в соответствии с изменением вращающего момента (движущего усилия при системах постоянного радиуса навивки), а напряжение — в соответствии с изменением скорости, так как регулирование частоты вращения двигателя производится изменением напряжения.

Диаграмма потребляемой мощности при системе Г-Д изобразится диаграммой мощности на валу подъемного двигателя (см. рис 48) с учетом потерь в преобразовательной группе и в самом подъемном двигателе. Площадь диаграммы мощности на валу подъемного двигателя представляет собой энергию W (кВт·с), что расходуемую им.

Энергия (кВт·ч), потребляемая на шинах электроподстанции на 1 т поднимаемого груза,

(164)

где = 0,9 — к.п.д. подъемного двигателя; = 0,93...0,94 — к. п.д. генератора; = 0.9 - к.п.д. двигателя преобразовательной группы; = 0.97 — к.п.д. возбуждение; = 0,95 — к.п.д. электрической сети.

Расход энергии на 1 т поднимаемого груза, на 1 т·км и за один год определяется так же, как и при асинхронном двигателе.