• Выбор номинальной скорости вращения (вместе с определением передаточного отношения механической передачи);

• Выбор двигателя в соответствии с режимом его работы по условиям нагрузки;

• Выбор двигателя по условиям пуска;

• Определение необходимой степени защиты оболочки двигателя;

• выбор конструктивного исполнения на соответствие условиям окружающей среды;

• выбор системы охлаждения двигателя.

По условиям окружающей среды двигатели изготавливают в следующих климатических исполнениях У, УХЛ, Т, М, ОМ (ГОСТ 15543-70) (для умеренного, умеренного и холодного, тропического и морского климата).

По степени защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями и попадания посторонних тел внутрь машины, а также степени защиты от проникновения воды внутрь машины, они выпускаются в следующих исполнениях:

1Р00 - открытая электрическая машина, специальная защита отсутствует;

1Р10, 1Р20 - машина, защищенная от прикосновения и попадания посторонних предметов;

1Р11...1Р43 - машина, защищенная от капель воды, от прикосновения и попадания посторонних предметов;

1Р44-1Р54 - закрытая машина, защищенная от брызг, прикосновения и попадания посторонних предметов;

1Р55...1Р58 - закрытые машины, защищенные от водяных струй (1Р55) и от проникновения воды внутрь при неограниченно длительном погружении в воду (1Р58).

Кроме того выпускаются машины для работы во взрывоопасной среде и в особых условиях окружающей среды.

По способу охлаждения двигатели подразделяют на машины с естественным охлаждением, с самовентиляцией, имеющие вентилятор на валу двигателя (защищенные или закрытые) и с независимой вентиляцией.

Для электроприводов, предназначенных для работы в динамических режимах (механизмы циклического действия, следящие электроприводы и другие) стремятся выбирать двигатель с пониженным моментом инерции ротора (якоря). Для таких условий изготавливаются малоинерционные двигатели. Для машин с кривошипно-шатунной кинематикой применяют двигатели с повышенным моментом инерции. Для электроприводов, работающих в повторно-кратковременном режиме и в неблагоприятных условиях эксплуатации, связанных с механическими нагрузками, воздействием повышенной влажности, температуры и прочее, изготавливаются двигатели специального конструктивного исполнения – двигатели краново-металлургических серий.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели имеют ряд исполнений:

• нормальное с s_н≤2,5% и пусковым моментом 0,9-1,2 номинального;

• с повышенным пусковым моментом (для конвейеров и других механизмов с большим сопротивлением при трогании) s_н≤10%, М_п=1,8...2,0;

• с повышенным скольжением – (при использовании для механизмов с кривошипно-шатунным механизмом и при многодвигательных приводах) s_н≤12%, М_п=1,8...2,0.

При выборе электродвигателя необходимо иметь ввиду, что его масса и габариты зависят от номинального момента, а не от мощности, т.е. двигатели одинаковой мощности имеют меньшие массогабаритные показатели при большей скорости и большие вес и габариты при меньшей номинальной скорости.

24.2. Расчет электродвигателя на нагрев

В расчет мощности электродвигателя входит проверка его на нагрев и на перегрузочную способность.

Нагрев двигателя сверх допустимого значения приводит к ускорению старения изоляции и выходу электродвигателя из строя. Допустимый нагрев зависит от применяемой изоляции его обмоток. Изоляция электродвигателей подразделяется на классы.

Таблица 24.1

Допустимые температура нагрева и превышение температуры электродвигателя для различных классов изоляции

Параметры	Класс изоляции
	Е	В	F	H
Допустимая температура нагрева изоляционного материала (СТ-СЭВ 782-77), ^0С	120	135	155	180
Допустимая температура нагрева обмоток электродвигателя (ГОСТ 183-74), ^0С	-	120	140	165
Допустимое превышение температуры (ГОСТ 183-74), ^0С	75	80	100	125

Примечание: температура окружающей среды принята 40⁰С, а для электродвигателей металлургического исполнения - 50⁰С.

Расчет электродвигателя на нагрев производят, исходя из уравнения теплового баланса:

(24.1)

где: τ - превышение температуры относительно температуры окружающей среды, ⁰С; ΔР - суммарные потери мощности в двигателе, Вт; А - коэффициент теплоотдачи электродвигателя – количество тепла, отдаваемого двигателем в окружающую среду за 1с при разности температур двигателя и окружающей среды 1⁰С, Дж/(с⁰С); С - теплоемкость двигателя – количество тепла, необходимое для нагрева двигателя на 1⁰С, Дж/⁰С.

Решение дифференциального уравнения (24.1) при ΔР=const имеет вид:

(24.2)

где: - начальное превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды;

- установившееся превышение температуры двигателя;

- постоянная времени нагрева электродвигателя, с.

Рис.24.1. График изменения температуры при нагреве и охлаждении

Физический смысл постоянной времени на-грева Т_н состоит в том, что она равна времени нагрева до установив-шегося превышения те-мпературы τ_уст при ус-ловии отсутствия отда-чи тепла в окружающую среду.

При τ_нач=0 уравнение (24.2) принимает вид , а при охлаждении сτ_нач до температуры окружающей среды τ_уст=0 (см.рис.24.1)

. (24.2)

Теплоотдача электродвигателя зависит от системы вентиляции. При самовентилируемых электродвигателях со снижением зависимости от системы охлаждения электродвигателя имеет следующие значения:

Закрытый с независимой вентиляцией - 1

Закрытый без принудительного охлаждения - 0,95...0,98

Закрытый самовентилируемый - 0,45...0,55

Защищенный самовентилируемый - 0,25...0,35.

Среднее значение β при пуске (торможении) определяется по формуле . Так как, то при номинальных потерях и неизменном значении теплопроводности.

Если потери электродвигателя равны или меньше номинальных, то нагрев его не превысит допустимого значения. Если при работе электродвигателя его нагрузка не остается постоянной, а периодически меняется, то также периодически будут меняться потери в двигателе и его температура. Выполнение условий может проверяться прямым и косвенным методами.

Прямой метод проверки электродвигателя на нагрев предусматривает построение с помощью формулы (24.2) кривой τ(t), определение по ней τ_макс и непосредственную проверку .

Однако практическое применение этого метода весьма трудоемко. Поэтому проверка электродвигателей на нагрев осуществляется обычно косвенными методами. К ним относятся метод средних потерь и методы эквивалентных величин – тока, мощности, момента. Для проверки двигателя на нагрев при использовании косвенных методов нужно знать график изменения соответственно средних потерь, тока, момента или мощности за цикл работы механизма.

Из косвенных методов метод средних потерь является наиболее точным и универсальным. Сущность его заключается в определении средних потерь мощности ΔР_ср, за цикл работы с последующим сопоставлением их с номинальными потерями мощности ΔР_н на основании чего и делается заключение о нагреве двигателя.

При использовании метода средних потерь рассматривается удаленный цикл работы электродвигателя, когда τ_ср=const и количество теплоты, аккумулируемое двигателем за цикл, равно нулю и уравнение теплового баланса за цикл принимает вид . Такой режим называют квазиустановившимся. Отсюда

(24.4)

где: - средние потери мощности за цикл.

При условии , учитывая, что, получим условия проверки по средним потерям

(24.5)

где: - кпд электродвигателя при номинальном режиме;

Р_н - номинальная мощность электродвигателя.

Если на отдельных участках цикла мощность (момент) нагрузки постоянна (рис.24.2), то средние потери определяются по формуле

(24.6)

Э

Рис.24.2. График изменения мощности в функции времени

тот метод можно при-менять, если время работы двигателя с максимальной нагрузкой меньше постоянной времени нагрева двигателяТ_н, в противном случае максимальный нагрев будет значительно превышать до-пустимый нагрев. Чем больше значение Т_н будет превышать значение t_макс, т.е. , тем ближеτ_ср будет приближаться к τ_макс. Допустимое превышение τ_макс над τ_ср= 4,5⁰С, срок старения изоляции сокращается на 5% [4-15].

Использование метода средних потерь при проверке на нагрев не всегда удобно и не всегда необходимо. Поэтому в большинстве случаев применяют другие методы, в которых соотношение средних потерь заменяется соотношением величин, пропорциональных потерям.