Проектирование электротехнических устройств Курс лекций по электротехнике Курс лекций по теории электрических цепей Курс лекций по информатике

Проектирование и моделирование электротехнических устройств

Расчет мощности и выбор электродвигателя для длительного режима работы

 Определение номинальной мощности двигателя для работы в длительном режиме с постоянной нагрузкой (см. рис. 1.6,а) сводится к подсчету мощности Рс исполнительного механизма, приведенной к валу двигателя (с учетом КПД передач, редукторов и т.д.). По полученной мощности Р в каталогах выбирают двигатель с номинальной мощностью РномРс (предварительно выбраны род тока, напряжение, частота и конструктивное исполнение двигателя). Номинальная мощность, указанная в каталоге, является той наибольшей мощностью, на длительную работу без опасности перегрева рассчитан двигатель. Так как нагрузка постоянна, то специальной тепловой проверки не требуется. При тяжелых условиях пуска проверяют, достаточен ли развиваемый двигателем пусковой момент.

 Определение номинальной мощности двигателя при длительной переменной нагрузке производят по методу средних потерь или по методу эквивалентных величин (тока, момента, мощности). Эти методы заключаются в тепловой проверке предварительно выбранного двигателя. Предварительно (ориентировочно) двигатель выбирают по средней мощности нагрузки (см. рис. 1.6,б):

  (1.18)

где k = 1,11,3 – коэффициент запаса.

 По предварительной мощности Рпр в каталоге выбирают двигатель с номинальной мощностью РномРпр, а затем одним из методов проверяют его по нагреву.

 Выбор двигателя по средней мощности неправилен потому, что не учитывает квадратичной зависимости переменных потерь от тока. При больших колебаниях нагрузки средняя мощность оказывается заниженной.

 Если же при заданном графике переменной нагрузки (см. рис. 1.6,б) выбрать электродвигатель по наибольшей или по наименьшей мощности, то в первом случае она окажется завышенной, а во втором – заниженной. Применение же двигателя завышенной мощности увеличивает капитальные затраты, приводит к снижению КПД, cos. Использование двигателя недостаточной мощности снижает производительность и надежность электропривода, сокращает срок его службы.

 Этими обстоятельствами и определяется необходимость в других методах выбора номинальной мощности двигателя при переменной нагрузке – методе средних потерь и методе эквивалентных величин.

 Метод средних потерь. При постоянной нагрузке на валу (Рном) мощность потерь остается неизменной (Pном). При изменяющейся нагрузке изменяется и мощность потерь. Считают, что двигатель нагревается одинаково, если средняя мощность потерь (Pср) за время цикла при переменной нагрузке равна мощности потерь при постоянной номинальной нагрузке:

 Pср = Рном (1.19) 

(это справедливо, если продолжительность цикла много меньше продолжительности нагревания двигателя).

 Таким образом, сначала для предварительно выбранного двигателя по формуле (1.10) определяют номинальные потери Рном, а затем потери P1, P2, … на каждом участке графика нагрузки (см. рис. 1.6,б). Затем находят средние потери по формуле

  (1.20)

и проверяют выполнение условия (1.19). Если значение Pном более чем на 10 % превышает Рср, то выбирают другой двигатель и повторяют расчет. Этот метод достаточно точный, применим к выбору двигателей любого типа, но он трудоемок.

 Метод эквивалентных величин (тока, момента, мощности). Переменные потери в двигателе пропорциональны квадрату тока нагрузки. Изменяющиеся по значению токи нагрузки заменяют эквивалентным не изменяющимся током Iэк, который выделяет в двигателе ту же теплоту, что и изменяющиеся токи. Формулу эквивалентного тока можно получить на основании выражения (1.20):

   (1.21)

 Найденный ток Iэк сравнивают с током Iном предварительно выбранного двигателя. Двигатель выбран правильно, если

 IномIэк. (1.22)

 Чаще имеют дело с графиком моментов или мощностей. Если момент двигателя пропорционален току, то формула (1.21) превращается в формулу эквивалентного момента:

  (1.23)

 Выбор двигателя считается правильным, если номинальный момент предварительно выбранного двигателя

 MномМэк.

 Если скорость двигателя при изменении нагрузки изменяется незначительно, то можно определить эквивалентную мощность

 Рэк = Мэк

или

  (1.24)

 Условием правильного выбора будет неравенство

 РномРэк.

 Методы эквивалентных момента и мощности неприменимы для двигателей последовательного возбуждения, где момент не пропорционален току.

 Выбранный двигатель подлежит обязательной проверке по перегрузочной способности и пусковому моменту (если пуск происходит под нагрузкой).

 Мгновенная перегрузочная способность м = Мmax/Mном двигателей разных типов имеет следующие значения.

 Перегрузочная способность м двигателей

 Постоянного тока общего назначения . . . . . . . . . . . . 2

 Специальные (тяговые) постоянного тока . . . . . . . . 3-4

 Асинхронные с контактными кольцами . . . . . . . . . . . 2-2,5

 Асинхронные с КЗ-ротором нормального исполнения 1,8-3 

 Асинхронные глубокопазные с двойной клеткой . . . . . 1,8-2,7

 Синхронные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2,5

 Синхронные специальные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4

 Коллекторные переменного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3

 Если максимальный момент нагрузки больше, чем двигатель может развить, то выбирают двигатель большей мощности.

 Маховиковый привод. Для механизмов с ударной нагрузкой (молоты, прессы, штамповочные машины и др.) электродвигатель пришлось бы выбирать не по нагреву, а по механической перегрузке, что привело бы к завышению мощности. Но мощность двигателя можно снизить и приблизить к требуемой по нагреву, если «выровнять» нагрузочный график с помощью маховика.

 В периоды резкого увеличения нагрузки (Р1 на рис. 1.10) часть ее покрывает двигатель, а часть – маховик, отдающий свою кинетическую энергию. Во время сброса нагрузки (до Р2) скорость привода возрастает и в маховике снова увеличивается запас энергии. Таким образом, электродвигатель будет развивать мощность, меньшую Р1 и большую Р2; эквивалентная мощность приближается к средней мощности Р. Поэтому применение маховика снижает номинальную мощность двигателя. Но двигатель должен обладать достаточно мягкой механической характеристикой.

Рис. 1.10. Графики Р(t) и (t) маховикового привода

 При замене электродвигателя с маховиковым приводом следует подбирать двигатель аналогично заменяемому.

 Номинальные режимы работы электродвигателей При рассмотрении законов нагревания и охлаждения электродвигателей предполагалось, что нагрузка двигателя продолжительное время неизменна, поэтому неизменен и установившийся предельный перегрев

Расчет мощности и выбор электродвигателя  для повторно-кратковременного и кратко-временного режимов работы Повторно-краковременный режим характеризуется продолжительностью включения ПВ%. Каждому значению ПВ соответствует значение номинальной мощности, с которой в этом режиме двигатель может долго работать, не перегреваясь. Таким образом, при повторно-кратковременной работе электропривода один и тот же двигатель допускает различные нагрузки. Чем больше ПВ, т.е. чем больше длительность рабочего периода, тем меньше должна быть нагрузка двигателя. 

Выбор аппаратов управления и защиты для электродвигателей Для дистанционного управления трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором используются магнитные пускатели серии ПМЕ, ПА, ПАЕ. Магнитные пускатели осуществляют защиту электродвигателей при перегрузках.

 Пример расчета Выбрать магнитный пускатель и автомат АП-50 для защиты электродвигателя марки АО2-22-2, если известно: РН = 2,2 кВт; IН.Д = 4,5 А;


На главную