1. Общие сведения о выборе мощности электродвигателя

1. Основные критерии выбора мощности электродвигателя

Возможность нормальной работы любого механизма, как с технической, так и с экономической точек зрения, определяется, в первую очередь, правильностью выбора мощности и типа приводного двигателя.

Использование двигателей заниженной мощности приводит к нарушению технологических режимов работы, снижению производительности рабочего органа и возникновению аварийных ситуаций. При увеличении мощности выше необходимой - увеличиваются капитальные затраты и ухудшаются энергетические показатели двигателя.

Кроме статических, выбранный двигатель должен обеспечить динамические режимы, характеризующиеся токами, в несколько раз превышающими их установившиеся значения. При этом, в течение всего цикла работы, должны соблюдаться нормальные тепловые условия эксплуатации электродвигателя.

Большая часть исполнительных механизмов требует регулирования частоты вращения, которое обеспечивается приводным двигателем. Следовательно, при выборе типа двигателя, необходимо учитывать возможность простого и экономичного регулирования его частоты вращения при заданных диапазоне и плавности. Часто этот фактор является определяющим при решении вопроса о типе питающего напряжения.

На основании всего изложенного можно сформулировать следующие критерии выбора электродвигателя,

1. Установившаяся температура _у перегрева двигателя не должна превышать допустимого _доп значения, т.е. _у ≤ _доп (1.1)

2. Пиковое максимальное значение тока I_м не должно превышать его максимально допустимого I_доп значения, т.е. I_м ≤ I_доп (1.2)

3. Выбранный двигатель должен обеспечить заданный диапазон регулирования частоты вращения.

4. Сумма С приведенных годовых капитальных К и эксплуатационных Э затрат должна быть минимальной, т.е. С=К+Э=min (1.3)

2. Выбор двигателя по нагреву

В связи с тем, что (1.1) характеризует полный цикл работы двигателя выбор его следует проводить прежде всего по нагреву.

Нагрев двигателя происходит за счет потерь в стали, меди и потерь на трение. Повышению температуры до бесконечно большой величины препятствует процесс теплоотдачи в окружающую среду, увеличивающейся по мере возрастания температуры. Поэтому когда в единицу времени количество тепла, выделяемого в двигателе, становится равным количеству тепла, отдаваемого двигателем в окружающую среду, температура нагрева приобретает установившееся значение, т.е. прекращается ее рост, В зависимости от того достигнет иди нет двигатель установившегося значения температуры за один цикл различают три основных режима его работы (ГОСТ 183-74) с точки зрения нагрева, а именно:

1. Продолжительный - это режим, при котором за время работы температура перегрева двигателя достигает своего установившегося значения.

2. Кратковременный - это режим, когда за время работы температура перегрева двигателя не успевает достичь установившегося значения, а за время паузы понижается до температуры окружающей среда.

3. Повторно-кратковременный - это режим, при котором за время работы температуры перегрева двигателя не достигает установившегося значения, а за время паузы - не успевает снизиться до температуры окружающей среды. При выборе двигателя по нагреву необходимо иметь в виду, что каждый из перечисленных режимов имеет свои особенности.

Из (1.1) следует, что для выбора двигателя по нагреву требуется определение его рабочей температуры. Однако при практических расчетах сделать это затруднительно. Поэтому, исходя из условия, что температура перегрева машины определяется величиной ее энергетических потерь, был разработан метод средних потерь. Заключается он в следующем:

1. Строится график нагрузки двигателя P=F(t), где

• P - потребляемая мощность;

• t - время.

2. С помощью кривой =f(P) зависимости КПД от мощности P строится диаграмма потерь Q=f(t) двигателя, где Q - полные потери мощности двигателя.

3. Из диаграммы потерь определяются средние потери мощности по формуле:

(1.4),

где i - номера участков нагрузочной диаграммы с P=const, Q=const.

4. Средние потери мощности Q_ср сравниваются с номинальными Q_н и при условии Q_ср ≤ Q_н (1.5), двигатель удовлетворяет условиям нагрева.

Недостатками этого метода являются отсутствие учета максимальной температуры нагрева двигателя при повторно-кратковременном режиме работы и громоздкость расчета его средних и номинальных потерь.

Поэтому были разработаны метода эквивалентах тока, момента и мощности, которые в настоящее время чаще всего применяются при практических расчетах.

Сущность метода эквивалентного тока заключается в том, что вместо протекающего по двигателю и изменяющегося по величине фактического тока, рассматривается некоторый фиктивный - эквивалентный ток I_э, который должен вызвать в двигателе те же потери, что и действительный. Для использования метода эквивалентного тока строится упрощенная диаграмм зависимости тока I двигатели от времени t. Из этой диаграммы определяется эквивалентный ток по формуле:

(1.6).

Значение I_э сравниваются с номинальными I_н и при условии I_э ≤ I_н (1.7), двигатель удовлетворяет условиям нагрева.

Если магнитный поток Ф двигателя постоянен, то M  I ( 1.8) и из (1.6) можно определять эквивалентный момент

(1.9),

который сравнивается с номинальным моментом M_н двигателя.

При M_э ≤ M_н ( 1.10 ) двигатель удовлетворяет условиям нагрева.

Если частоту вращения двигателя можно считать постоянной, то P  M (1.11) и из (1.9) следует, что эквивалентная мощность определяется формулой:

(1.12),

Аналогично предыдущим случаям P_э сравнивается с номинальной новостью P_н двигателя и при P_э ≤ P_н ( 1.13) двигатель удовлетворяет условиям нагрева,

Необходимо иметь в виду, что мощность двигателя, указанная в его паспортных данных» соответствует температуре окружающей среды, равной +40°С, Поэтому, при более низких температурах эксплуатации, нагрузка на двигатель может быть увеличена, но при температурах, превышающих +40°C, необходимо снижение нагрузки относительно номинальной.

При расчетах эквивалентных величин необходимо учесть условия вентиляции двигателя и при естественной вентиляции ввести в уравнение для определения эквивалентных величин соответствующие поправочные коэффициенты ₀ и .

Если реальная ПВ % не соответствует указанной для выбранного двигателя в каталоге, то рассчитанная эквивалентная величина должна быть скорректирована. Тогда условия, при которых двигатель проходит по нагреву будут иметь следующий вид:

(1.14),

(1.15),

(1.16),

где ПВ_р и ПВ_кат -­ реальная и каталожная продолжительности включения.

Из вышеприведенного описания видно, что при применении любого метода проверки двигателя по нагреву необходимо построение одной из упрощенных нагрузочных диаграмм I=f(t), M=f(t), P=f(t).

Для этого должны быть определены статические и динамические составляющие тока, момента, мощности и их номинальные значения, но динамические составляющие зависят от момента инерции J двигателя, и определение их невозможно без заданных заранее параметров двигателя.

Из этого следует основной вывод: выбор мощности двигателя по нагреву фактически сводится к проверке по нагреву заранее выбранного двигателя.