Расчет мощностей и выбор двигателей в ЭП

Классификация режимов работы ЭП

Различные условия работы производственных механизмов обуславливают различные режимы работы электроприводов, которые классифицируются на восемь режимов с условными обозначениями S1…S8.

Первые четыре S1…S4 являются основными.

S1 – продолжительный режим работы. Режим электрической машины при неизменной нагрузке, продолжающийся столько времени, что превышение температуры достигает установившегося режима (рисунок 2).

			Рисунок 2 – Зависимость температуры нагрева от времени в продолжительном номинальном режиме работе (S1)

S2 – кратковременный режим работы. Такой режим, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения машины, при этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры машины могли достигнуть установившихся значений, а периоды остановки настолько длительны, что все части ее охлаждаются до температуры окружающей среды (рисунок 3). В этом режиме гостируются следующие продолжительности рабочего периода: 10, 30, 60, 90 минут.

		Рисунок 3 – Зависимость температуры нагрева от времени для кратковременного режима работы (S2)

S3 – повторно-кратковременный режим работы. Такой режим при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами отключения машины (паузами), причем, как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры могли достигнуть установившихся значений (рисунок 4).

Рисунок 4 – Зависимость температуры нагрева от времени для повторно-кратковременного режима работы (S3)

В этом режиме продолжительность цикла на превышает 10 минут, а режим характеризуется относительной продолжительностью включения ПВ=15,25,40 и 60%, которая определяется по формуле

, (7)

где t_р, t₀, t_ц – время работы, паузы, цикла.

S4 – повторно-кратковременный режим с частыми пусками. В данном случае периоды пуска и кратковременной неизменной нагрузки чередуются с периодами отключения машины, причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры частей машин могли достигнуть установившихся значений. Режим характеризуется: относительной продолжительностью включения (ПВ=15,25,40,60%); нормируемым числом пусков в час (30,60,120 и 240); коэффициентом инерции привода (1,2; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10). Коэффициент инерции это отношение суммарного приведенного к валу двигателя момента инерции привода к моменту инерции якоря (ротора).

S5 - повторно-кратковременный режим работы с частыми пусками и электрическим торможением. Периоды пуска, кратковременной неизменной нагрузки и электрического торможения чередуются с периодами отключения машины, причем превышения температуры не достигают установившихся. Нормированные ПВ и число пусков в час такие же, как и в S4.

S6 – перемежающийся номинальный режим работы. Кратковременные периоды нагрузки чередуются с периодами холостого хода во время которых двигатель не отключается, причем превышения температуры не достигают установившихся.

S7- перемежающийся номинальный режим работы с частыми реверсами.

S8 – перемежающийся номинальный режим работы с двумя или более угловыми скоростями.

Задача выбора состоит в поиске такого двигателя, который обеспечивает заданный технологический цикл рабочей машины, соответствует условиям окружающей среды и при этом имеет нормативный (допустимый) нагрев. Недопустимым является использование двигателей завышенной мощности, так как при этом увеличивается стоимость ЭП, увеличиваются потери, снижается КПД, и коэффициент мощности ЭП. Выбор ЭД обычно производится в такой последовательности: расчет мощности; предварительный выбор двигателя; проверка по условиям пуска, перегрузки, нагреву. Если условия проверки не выполняются, то выбирают другой двигатель, большей мощности.

Тип двигателя выбирается исходя из требований технологического процесса (разгон, торможение, диапазон, плавность регулирование скорости и т.д.)

Двигатель выбирается по роду тока, величине напряжения, числу оборотов (необходимо выбирать ЭД с наибольшим числом оборотов), конструктивному исполнению.

Для режима S1 при длительной постоянной нагрузке расчет мощности достаточно прост, если известна мощность потребляемая механизмом. Например, мощность двигателя для вентилятора

, (8)

где V – подача вентилятора; р – давление вентилятора; η_в – КПД вентилятора; η_п – КПД передачи.

При продолжительной переменной нагрузке, мощность ЭД обычно определяется методом эквивалентных величин тока, момента, мощности или потерь. Например, при методе эквивалентной мощности изменяющуюся нагрузку заменяют некоторой эквивалентной величиной, при которой двигатель выделяет тоже количество тепла, что и при переменной нагрузке. Для прямоугольных участков графика нагрузки

. (9)

При выборе мощности двигателя (Р_ном) для продолжительной переменной нагрузки необходимо выполнить условие

Р_ном ≥ (1,2…1,3)Р_экв. (10)

Из каталогов выбирается ближайший, больший по мощности ЭД. Иногда приходится проверять достаточность пускового момента (М_п) двигателя, учитывая, что некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление трения в момент трогания (М_тр) с места

М_п ≥ (1,2…1,5)М_тр. (11)

При кратковременном режиме S2 работы и наличии нагрузочных диаграмм, необходимо также определить Р_экв и выбрать специальный двигатель режима S2. При этом необходимо учитывать нормированную (ПВ_н) и реальную продолжительность включения (ПВ_ф)

. (12)

Если двигатель рассчитан на продолжительный режим работы, то при кратковременном режиме превышение температуры к концу рабочего периода не достигнет установившегося значения, т.е. в данном случае двигатель будет недоиспользован по нагреву, а соответственно и по мощности.

Для полного использования в кратковременном режиме работы двигателя, предназначенного для работы в продолжительном режиме, его следует перегружать по мощности.

Для количественной оценки перегрузки и нагрева двигателя используются коэффициенты термической и механической перегрузок

, (13)

, (14)

где t_р- время работы двигателя;

Т_н- постоянная времени нагрева, ориентировочно принимая

для асинхронных двигателей Т_н =15…35 мин или может

быть рассчитана в минутах по выражению

, (15)

- отношение постоянных потерь мощности ЭД к переменным, для асинхронных двигателей =0,5…0,7.

Мощность электродвигателя определится, как

. (16)

При повторно-кратковременном режиме S3, при выборе электродвигателя специального режима S3 и отличии реальной продолжительности включения от фактической, мощность определяется согласно выражения (12).

Коэффициент термической перегрузки двигателя режима S1, работающего в режиме S3

. (17)

Коэффициент механической перегрузки находится по формуле (14), мощность из выражения (16).

Дата добавления: 2014-11-06