5.3.3. Выбор мощности электродвигателей
От правильного выбора электропривода по мощности зависит надежность работы всей электромеханической системы в целом. Основным элементом системы, определяющим энергетические показатели электропривода в процессе эксплуатации, является электрический двигатель.
Наиболее просто задача выбора двигателя по мощности решается для режима продолжительной нагрузки S1. В этом случае номинальная мощность двигателя должна быть равна или немного больше расчетной мощности механизма
,
(5.42)
Кроме того, при выборе также необходимо дополнительно проверить двигатель по пусковому моменту
,
(5.43)
где
– динамический момент, обеспечивающий
разгон электропривода с заданным
ускорением
.
Однако у большинства механизмов нагрузка на валу двигателя по технологическим причинам циклично изменяется в процессе работы. Поэтому если двигатель выбрать из расчета чтобы его мощность была равна наибольшей мощности нагрузки, то в периоды ее снижения двигатель будет недоиспользован и, следовательно, будет эксплуатироваться с низким к.п.д. при излишних капитальных вложениях.
Поэтому для обоснованного решения вопроса выбора двигателя расчет его мощности в общем случае должен содержать следующие этапы:
- расчет моментов сил сопротивления на валу двигателя;
- предварительный выбор двигателя;
- расчет и построение тахограммы и упрощенной нагрузочной диаграммы;
- окончательная проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности.
Расчет моментов сил сопротивления является специфической задачей и рассматривается в специальной литературе отдельно для каждого класса электромеханических систем.
Проблема предварительного выбора двигателя сводится к решению следующих задач:
- определение номинальной и максимальной скоростей вращения;
- определение номинального режима работы двигателя;
- выбор типа электродвигателя;
- выбор величины номинального напряжения питания двигателя;
- предварительный расчет электрической мощности двигателя;
- выбор исполнения двигателя (в зависимости от условий окружающей среды и условий охлаждения).
Решение первых двух задач обусловлено технологическими параметрами агрегата: скоростью вращения (перемещения) рабочего органа, длительностью пауз в работе. При решении вопроса о выборе номинального напряжения следует при прочих факторах также учитывать возможности питающей сети предприятия.
Электрическая мощность приводного двигателя при предварительных расчетах может быть определена по зависимости
,
(5.44)
где
КЗ
– коэффициент запаса, принимаемый при
предварительных расчетах на уровне
1,2…1,5;
,
,
– соответственно приведенный к валу
двигателя статический момент, угловая
скорость двигателя и продолжительностьk-го
участка; tц
– время цикла;
– стандартная относительная
продолжительность включения выбираемого
двигателя;факт
– фактическая относительная
продолжительность работы электропривода,
определяемая как
,
(5.45)
–суммарная
продолжительность работы под нагрузкой;
– суммарная продолжительность участков
простоя (работы на холостом ходу).
Упрощенная нагрузочная диаграмма и тахограмма представляют собой графики изменения приведенного к валу двигателя статического момента нагрузки и изменения угловой скорости вращения двигателя во времени. Эти диаграммы рассчитываются на основании технологических данных, технических данных механического оборудования и предварительно выбранного двигателя, определяющих работу электромеханической системы.
На рис. 5.12 в качестве примера приведены тахограмма и нагрузочная диаграмма электропривода валков клети прокатного стана. Цикл работы имеет следующие участки:
- разгон из состояния покоя до заправочной скорости за время t1;
- заправка прокатываемой полосы и работа на заправочной скорости продолжительностью t3 - t2;
- разгон за время t4 – t3 до рабочей скорости стана;
- работа с установившейся скоростью прокатки в течение времени t5 – t4;
- торможение за время t6 – t5 до скорости выпуска заднего конца полосы;
- выпуск заднего конца полосы в момент времени t7;
- торможение за время t9 – t8 до полного останова;
- пауза (простой).
Рис. 5.12 Характерная тахограмма и нагрузочная диаграмма
электропривода валков клети прокатного стана
Условием окончательной проверки двигателя по нагреву является сравнение номинального тока или момента, или мощности выбранного электродвигателя с эквивалентным значением этого параметра, причем для случая применения тиристорных или транзисторных силовых электронных преобразователей обязателен 20…25 % запас мощности, т.е.
;
;
.
(5.46)
Эквивалентное значение тока Iэ (момента Мэ, мощности Рэ) – это значение, при котором обусловленные им тепловые потери в двигателе в среднем за цикл работы соответствуют реальным потерям при работе с переменной нагрузкой. Эквивалентные значения определяются по выражениям
;
;
.
(5.47)
Разбив нагрузочную диаграмму на участки с примерно постоянным значением момента, т.е. на участки разгона, работы на установившихся скоростях, торможения и паузы, можно интегрирование заменить суммированием
;
;
.
(5.48)
При выборе координаты эквивалентирования следует учитывать, что в отличие от метода эквивалентного тока метод эквивалентного момента может быть использован при условии работы двигателя исключительно с неизменным магнитным потоком, а метод эквивалентной мощности еще и при неизменной скорости вращения.
Если при проверке условие (5.46) не выполнилось, то следует перейти к двигателю ближайшей большей мощности и повторить проверку. Если эквивалентный ток (момент, мощность) значительно меньше номинального значения, то следует проверить возможность установки двигателя меньшей мощности.
В случае изменения магнитного потока двигателя приведенное ранее условие его проверки (5.46) не является исчерпывающим. В этом случае проверку двигателя по перегрузочной способности необходимо провести по условию
,
(5.49)
где I - перегрузочная способность двигателя по току.