Тема 1.7. Выбор электродвигателей

Нагрузочные диаграммы и режимы работы двигателей по условию нагрева. Выбор двигателей по мощности для продолжительного, кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы методами: средних потерь, эквивалентного тока имомента. Проверка двигателя по допустимой перегрузке. Электропривод с маховиком при ударной нагрузке. Допустимая частота рабочих циклов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Особенности выбора двигателя по мощности для регулируемого привода.

Литература: [1] стр. 116-134 , [3] стр. 101-119.

Методические указания

Правильно выбранный по мощности и типу двигатель обеспечит полное использование производственной машины, надлежащее качество выпускаемой продукции и экономичную работу системы электропривода. Выбор мощности двигателя производится по нагреву. В ряде случаев двигатель проверяется по перегрузочной способности. Основой для выбора двигателя по мощности служат нагрузочные диаграммы производственных машин: P = f ( t ), M = f ( t ), I = f ( t ). При этом учитывается режим работы двигателя: длительный, кратковременный или повторно-кратковременный. Нагрузочные диаграммы производственных машин строятся на основе расчета мощности или момента на валу машины при различных режимах их работы и различной нагрузке. Нагрузочные диаграммы приводных двигателей строятся по мощности или моменту производственных машин с учетом потерь в передачах. Потери в передачах учитываются путем введения в расчет КПД передачи при данной нагрузке. Если нагрузочная диаграмма двигателя известна (построена), то выбор двигателя по мощности может быть произведен или способом средних потерь, или способом эквивалентных величин. Первый способ применяется тогда, когда требуется высокая точность, второй - более простой, - когда этого не требуется.

При изучении способа средних потерь учащийся должен прежде всего понять идею способа: если средние потери в двигателе при работе по закону, выраженному нагрузочной диаграммой, окажутся равными потерям при работе двигателя с постоянной номинальной мощностью или меньше их (допускается расхождение на 5-10%), то мощность двигателя выбрана правильно.

Определение потерь в двигателе на каждом участке нагрузочной диаграммы производится исходя из разности потребляемой двигателем мощности из сети иотдаваемой с вала

                 _DР=Р_потр-Р_вал=                  (12)

где h_дв – КПД двигателя на данной нагрузке; Р_вал – мощность на валу двигателя, которая берется по нагрузочной диаграмме.

Если окажется, что _D Р_ср £ _D Р_н, то двигатель пригоден для заданных условий работы. В противном случае выбирается ближайшая большая мощность двигателя и расчет повторяется.

Способы эквивалентных величин применяются тогда, когда не требуется высокая точность расчетов, иимеют ограничения в использовании. Выбор двигателя по мощности для повторно-кратковременного режима работы производится теми же способами, что и для длительного, но при этом вводится поправка,учитывающая несовпадение расчетной (подсчитанной по нагрузочной диаграмме) продолжительности включения ПВр% со стандартной (каталожной) Пвкат%.

Для повторно-кратковременного режима следует выбирать специально выпускаемые двигатели (краново-металлургическая серия). Мощности их указываются для стандартных ПВ, равных 15, 25, 40 и 60%.

Выбранный по нагреву двигатель проверяется по перегрузочной способности. Определение величины допустимой мощности при кратковременном режиме производится на основании условия, что наибольшая допустимая температура электродвигателя в конце рабочего периода τ_кр будет равна установившейся температуре τ_у в случае длительной нагрузки его номинальной мощностью, т. е. τ_кр - τ_у.

В данном случае мощность двигателя определяют, исходя из коэффициента тепловой перегрузки

                                            Р=                                (13)

где Q _кр - допустимые потери при кратковременной нагрузке; Q _н - потери при длительной нагрузке.

Зная коэффициент р, можно определить мощность по формуле

                                          Р_кр=Р_н Ö р                                           (14)

Для кратковременного режима работы выпускаются специальные серии двигателей, рассчитанные на продолжительность работы 15, 30 и 60 мин. Выбранный по нагреву двигатель в ряде случаев проверяется по перегрузочной способности. Для двигателей постоянного тока кратковременная перегрузка определяется условиями безыскровой коммутации. В электродвигателях переменного тока перегрузочная способность определяется критическим значением вращающего момента двигателя. При изучении теории нагревания и охлаждения электрических двигателей следует иметь в виду, что предельно допустимая температура нагрева определяется классом изоляции. Учащийся должен усвоить законы изменения температуры двигателя при нагревании и охлаждении, уяснить понятия превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды, установившейся температуры, постоянной времени нагревания, общей теплоемкости двигателя, теплоотдачи. При изучении вопросов, связанных с выборомдвигателей, необходимо особо рассмотреть случай выборадвигателей для механизмов, имеющих резки изменяющийся характер нагрузки. К ним относятся прессы, молоты, прокатные станы. У таких механизмов пик нагрузки может значительно превышать не только номинальный, но и критический момент двигателя.

При изучении данного привода необходимо обратить особое внимание на роль маховика, который выравнивает график нагрузки двигателя, а также на то, что для механизмов с ударной нагрузкой необходим двигатель с повышенным скольжением. Для асинхронных двигателей с фазным ротором,у которых номинальное скольжение обычно меньше требуемого, применяют регуляторы скольжения. Двигатели, работающие в повторно-кратковременном режиме, необходимо проверять на допустимое числовключений вчас. Это диктуется тем, что большие потери при пусках и торможенияхмогут привести к недопустимому перегреву двигателя. Число включенийв час короткозамкнутых двигателей приходится ограничивать такой величиной, при которой средняя температура двигателя после большого числа рабочих циклов будет равна максимально допустимой. Определение допустимого числа включений в час производится на основании энергетического баланса двигателя. Учащемуся, рассматривая количественную сторону вопроса, нужно понять составляющие уравнения энергетического баланса. Допустимое число включений в час можно повысить путем усиления вентиляции двигателя.

Вопросы для самоконтроля

1. Что представляет собой нагрузочная диаграмма двигателя?

2. Какиережимы работы двигателей установлены ГОСТом?

3. Чем характеризуется длительный режим работы двигателя?

4. Чем характеризуется повторно-кратковременный режим работы двигателя?

5. Чем характеризуется кратковременный режим работы двигателя?

6. Что такое относительная продолжительность включения?

7. Какие типы двигателей по способу защиты от воздействия окружающей среды существуют?

8. В чем заключается идея выбора двигателя способом средних потерь?

9.  В чем заключается идея выбора двигателя способом эквивалентных величин?

10. Объяснить величины, входящие в уравнение нагревания электродвигателя.

11. Чем определяется перегрузочная способность двигателей переменного тока, постоянного тока?

12. Какую роль играет маховик в приводах с ударной нагрузкой?

13. Почему в приводах с ударной нагрузкой целесообразно применять двигатели с повышенным скольжением?

14. Что представляет собой жидкостный регулятор скольжения?

15. Какими способами можно увеличить допустимую частоту включений асинхронного короткозамкнутого двигателя?

16. Каковы особенности двигателей, предназначенных для повторно-кратковременного режима?

17. Как пересчитывается мощность двигателя, работающего в повторно-кратковременном режиме, с одной продолжительности включения на другую?