Выбор мощности двигателя

Одним из основных условий выбора электродвигателя является соответствие его мощности производственного механизма, приводимого во вращение. Для предварительного выбора двигателя нужно знать ориентировочные значения статических моментов сопротивления па валу механизма при подсинхронной угловой скорости вращения ротора (ω = 0,95ω1), а также нагрузочный статический момент (см. табл. 4).

Факторами, определяющими выбор двигателя, являются также режим его работы. Различают нагрузки: продолжительную, практически постоянную; длительную переменную; кратковременную; повторно-кратковременную.

Продолжительный режим работы с практически постоянной нагрузкой характеризуется тем, что температура всех частей электродвигателя при неизменной температуре окружающей среды достигает некоторых установившихся значений. Температура охлаждающей среды для электродвигателей нормального исполнения в соответствии с ГОСТ 183-66 не должна превышать 40°С. В случае превышения температуры охлаждающей среды нагрузку электродвигателя необходимо снизить. Для работы в условиях с температурой ниже 40 °С нагрузка двигателей может быть несколько повышена.

Допустимая нагрузка двигателя, соответствующая изменению температуры охлаждающей среды, определяется его конструкцией, главным образом системой и устройством вентиляции, и указывается заводом-изготовителем. Однако для асинхронных двигателей единых серий А, АО, А2 и АО2 можно руководствоваться следующими ориентировочными данными:

Температура охлаждающей среды, °С
Изменение нагрузки по отношению к номинальной, %	+10	+5		-8	-20

При нормальной температуре окружающей среды и работе электродвигателя продолжительно с постоянной нагрузкой должно обеспечиваться условие равенства номинальной мощности двигателя Р н (паспортной) и мощности нагрузки Р с (фактической), т. е. Р н ≈ Р с. Длительная переменная нагрузка. В этом случае номинальный, требующийся по условиям перегрузки ток электродвигателя I н.пер должен быть не менее отношения максимального тока I макс к кратности допустимой перегрузки по току m I:

(53)

I н.пер ≥ I макс / m I.

Номинальный ток двигателя, требуемый с точки зрения его нагрева при работе I н. экв, должен быть не менее эквивалентного фактического тока двигателя I экв, а именно: I н.экв ≥ I экв.

Величина эквивалентного тока для некоторого графика переменной по току нагрузки (рис. 30, а) может быть найдена из выражения, А:

(54)

I экв =	√	I 12 t 1 + (I 12 + I 22 + I 1 I 2 )(t 2 /3) + I 22 t 3
t 1 + t 2 + t 3

Паспортная величина номинального тока (А) выбранного электродвигателя должна быть не менее каждой из полученных величин I н.пер и I н.экв.

Кроме того, должны обеспечиваться условия работы по моменту на валу электродвигателя:
1) для номинального момента, требуемого по условию перегрузки,

(55)

М н.пер ≥ М макс / т м,

где М макс — максимальный необходимый момент на валу двигателя, Н∙м; m м — максимально допустимая перегрузка по моменту;

Рис. 30. Графики работы асинхронного двигателя. а — режим с переменной нагрузкой по току; б — повторно-кратковременный режим по мощности; в — эквивалентный режим работы.

2) для номинального момента, требуемого по условию нагрева, Паспортная величина номинального момента выбранного электродвигателя должна быть не менее каждой из полученных величин М н.пер и М н.экв. Для асинхронных электродвигателей справедливо соотношение

(56)

т м = 0,85λ,

где λ = М макс / М н — коэффициент перегрузочной способности по моменту (кратность критического момента) может быть предварительно найден из табл. 7.

Кратковременная нагрузка асинхронного короткозамкнутого двигателя. В этом случае выбор мощности двигателя производится с точки зрения возможности его запуска по минимальному моменту М мин(Н∙м), развиваемому двигателем при пуске, из выражения

(57)

M н =	M c q уск	.
q мин qU

где q мин = M мин / М н — кратность минимального момента, развиваемого двигателем при разбеге, по отношению к номинальному моменту; q U = U 2мин / U 2н — коэффициент, учитывающий возможность понижения рабочего напряжения питания двигателя; U мин—минимально возможное рабочее напряжение двигателя, В; q уск = 1,15 ÷ 1,25 — коэффициент, учитывающий обеспечение достаточного ускорения при разгоне.

Таблица 7

Тип асинхронного электродвигателя	Значение λ
Короткозамкнутый С фазным ротором С повышенным скольжением С двойной клеткой или глубоким пазом	1,8—2 2—2,5 2—3 1,8—2,7

Повторно-кратковременный режим характеризуется периодами работы с постоянной нагрузкой (рабочие периоды) и периодами отключения электродвигателя (паузы). При этом температура отдельных частей машины при неизменной температуре окружающей среды не успевает достигнуть практически установившихся значений. В таком случае выбор электродвигателей осуществляется:

1) из серии двигателей единой серии нормального исполнения. Выбор мощности двигателя ориентировочно производится аналогично случаю длительной перемен¬ной нагрузки. При более точных расчетах необходимо учитывать влияние ухудшения условий охлаждения двигателя [Л. 4];

2) из специальных электродвигателей, предназначенных для работы в повторно- кратковременном режиме (крановые и металлургические двигатели типа МТ, МТК и др.). При этом производится пересчет заданного графика повторно-кратковременного режима (см. рис. 30, б) в некоторый эквивалентный график (рис. 30, в). Рабочая (действительная) мощность нагрузки при повторно-кратковременном режиме Р пк((Вт) находится из выражения

(58)

P пк =	√	P 12 t 1 + P 22 t 2
t 1 + t 2

при рабочем коэффициенте продолжительности включения

(59)

εпк =	t р	=	t 1 + t 2	,
t ц	t ц

где t p = t 1 + t 2 — время работы двигателя, с; tx = t x1 + t x2 (см. рис. 30,б, в)—пауза, с; t ц = tx + tp —время цикла, с. Для наиболее распространенного случая, когдя 0,4 > ε пк > 0,15, можно пользоваться упрощенной формулой для расчета каталожной мощности двигателя Р кат (Вт). При передаче от рабочей продолжительности включения ε пк к каталожной ε кат

(60)

Р кат = Р пк √ ε пк / ε кат.

В остальных случаях используются значительно более сложные расчеты [Л. 4].

Расчет допустимой частоты включений
Асинхронные короткозамкнутые двигатели, рассчитанные на длительный режим работы, при работе в повторно-кратковременном режиме с большим числом включений в течение определенного времени имеют ограниченное допустимое число включений в час h, которое зависит от фактической нагрузки электродвигателя, от соотношения между временем работы t p (с) и паузы-остановки — t x(с), а также от величии потерь энергии в двигателе за время разбега Δ А р (Дж) и торможения Δ А т (Дж). Эти потери в переходные периоды, когда ча­стота вращения машины меньше номинальной, значительно превышают потери энергии в двигателе при работе с постоянной частотой вращения. Кроме того, при неподвижном роторе в период паузы ухудшается теплоотдача двигателя, что учитывается при расчете введением некоторого коэффициента у. Этот коэффициент зависит от способа вентиляции двигателей и может быть принят следующим: для закрытого двигателя с независимым охлаждением 0,9—1,0; для закрытого двигателя с охлаждением от собственного вентилятора 0,45—0,55; для защищенного двигателя с самовентиляцией 0,25—0,35.

Ограничение по частоте включений двигателя вводится для того, чтобы не допустить чрезмерный перегрев его. Значение h можно определить из следующего выражения, которое используется в основном для двигателей малой мощности до 10—15 кВт:

(61)

h = 3600	( Δ p н - Δ p с )ε + Δ p н γ(1 - ε)	.
0.97 ( Δ A р + Δ A т )

где Δ р н, Δ р с — потери мощности в электродвигателе при номинальной и фактической нагрузках, Вт; ε = tp /(tp + tx) - коэффициент относительной продолжительности включения. Обозначения и размерности остальных величин в формуле (61) расшифрованы ранее.

При работе асинхронного двигателя с номинальной нагрузкой допустимое число включений в час равно:

(62)

h = 3600	Δ p н γ(1 - ε)	.
0.97 ( Δ A р + Δ A т )

Допустимая частота включений во многом зависит от момента инерции ротора двигателя. С увеличением мощности двигателя возрастает его момент инерции и величина h уменьшается. Мощность двигателей механизмов с большими статическими моментами сопротивления выбирают больше номинальной мощности механизма для сокращения времени пуска. На практике не рекомендуется использование асинхронных электродвигателей общего назначения для частого пуска механизмов, имеющих приведенный момент инерции значительно больший, чем момент инерции самого двигателя. Так, для короткозамкнутых двигателей при максимально допустимом статическом моменте сопротивления механизма разрешается не более двух пусков подряд из холодного состояния.

Дата добавления: 2014-01-07