§ 10.2. Режими роботи електродвигунів та їхній вибір

Розрахунок потужності та вибір двигуна визначається харак­терними технологічними потребами виробничого процесу або установки. Багатогранність технологічних особливостей, які ха­рактеризуються різним навантаженням, тривалістю виробничого циклу, співвідношенням часу роботи і пауз у межах циклу, умовами охолодження та нагрівання, величиною і характером зміни навантаження під час роботи установки, специфікою пуску і зміни швидкості та деякими іншими особливостями, визначає необхідність введення характерних (номінальних) режимів роботи електродвигунів.

Одним з основних чинників, що лежать в основі поділу номінальних режимів двигунів, є особливості їхнього нагрівання та охолодження. Нагрівання двигуна є наслідком втрати частини електричної енергії в самому двигуні при перетворенні її в механічну. При проектуванні електродвигуна виходять з того, що максимальна температура нагрівання не повинна перевищувати деякі її значення для окремих частин двигуна. Найслабкішим з цього погляду елементом двигуна є ізоляція. Допустимим теп­ловим режимом двигуна вважається такий, при якому тривалість служби його ізоляції не буде меншою, ніж задана, а вона звичайно дорівнює 15—20 рокам.

Розрізняють такі номінальні режими роботи електродвигунів: тривалий (S1) — режим роботи двигуна при незмінному на­вантаженні або навантаженні, що циклічно змінюється. При цьому перевищення температури в усіх частинах двигуна досягає усталеного значення. Такий режим роботи характерний для вен­тиляторів, насосів, компресорів, установок безперервного транс­порту тощо;

короткочасний (S2) — режим роботи, при якому за час роботи з номінальним навантаженням двигун не встигає нагрітися до усталеної температури, а за час паузи охолоджується до темпе­ратури навколишнього середовища. Такий режим роботи харак­терний для шлюзів, допоміжних механізмів електротермічних ус­тановок, затискачів колон металорізальних верстатів;

повторно-короткочасний (S3) — режим роботи, який характе­ризується послідовною зміною роботи з номінальним наванта­женням і періодами відключення двигуна. У цьому режимі тем­пература двигуна не досягає усталеного значення. Повторно-ко­роткочасний режим характеризується тривалістю вмикання ТВ

де t_p — тривалість роботи двигуна; t_n — тривалість паузи; t_n = ⁼ t_p+t_n — тривалість робочого циклу. Робочий цикл повинен три­вати не більше 10 хв. У повторно-короткочасному режимі працюють підйомні установки, лебідки ліфтів, конвеєри циклічної дії тощо.

Графіки, які характеризують основні номінальні режими роботи електродвигунів 51, 52, 53, залежно від потужності Р i температури перегрівання двигуна Q від часу, наведено на рис. 10.2.

Режими 51, 52, 53 є основними і найхарактернішими для електродвигунів. Крім цих режимів, є ще п'ять різновидів номі­нальних режимів 54—58, які трапляються значно рідше. Більшість електродвигунів призначені для тривалого режиму роботи.

Визначення необхідної потужності та вибір конкретного дви­гуна для кожного з можливих режимів роботи повинні забезпечити близький до номінального тепловий режим двигуна й, отже, його нормальне використання за тривалістю служби. Необхідною умо­вою для визначення потужності двигуна є наявність діаграми навантаження — характеристики залежності моменту на валу електродвигуна у функції часу M₀(t) і діаграми швидкості (тахо­грами) — графіка зміни швидкості руху робочого механізму в функції часу w_м(0- Потужність електродвигуна повинна відповідати умовам технологічного процесу механізму. Відхилення в бік зни­ження або підвищення потужності призводить до порушення технологічного процесу, збільшення втрат, пошкодження двигуна. На вибір потужності впливають також режим пуску і можливі перевантаження.

Вибір серійних електродвигунів здійснюється з урахуванням

таких показників:

Рис. 10.2. Режими роботи елек­тродвигунів:

а — тривалий; б — короткочас­ний; в — повторно-короткочас­ний.

відповідності струму і напруги електродвигуна мережі живлення електроенергією підприємства; величини швидкості; конструкції двигуна;

типу вентиляції двигуна та захисту його від навколишнього середовища.

Послідовність вибору електродвигуна така. Спочатку розрахо­вують потужність і попередньо вибирають двигун. Потім пере­віряють цей двигун за пусковими і перевантажувальними мож­ливостями, а також на перегрівання. Якщо двигун не відповідає хоча б одній з умов перевірки, береться двигун іншої потужності, і перевірка повторюється.

У тривалому режимі двигун працює з незмінним (рис. 10.3, а) або із змінним (рис. 10.3, б) навантаженням. При незмінному навантаженні номінальна потужність двигуна Р_ном повинна до­рівнювати або бути трохи більшою за потужність навантаження Р_с = М_мw_п/n, де т) — коефіцієнт корисної дії редуктора. Під час тривалого режиму роботи з незмінним навантаженням звичайно не береться до уваги величина пускового моменту, необхідного для розгону привода і значно більшого (у 2 — 2,5 раза) від його

Рис. 10.3. Навантажувальні діаграми двигуна:

а — при незмінному навантаженні; б — при змінному навантаженні.

номінального значення. Це пояснюється малим часом розгону і нечастим його повторенням. При цьому необхідно лише, щоб найбільший обертальний момент двигуна при розгоні не пере­вищував його перевантажувальної здатності. Обмеження обер­тального моменту двигуна до потрібного значення при розгоні виконується з допомогою пускових резисторів або інших засобів. Якщо двигун працює із змінним навантаженням (рис. 10.3, б) і практично з незмінною швидкістю, його потужність можна ви­значити (з урахуванням втрат у передачах) за формулою

де -- еквівалентний момент за нагріванням; w_д._ном — номінальна швидкість двигуна; n — коефіцієнт корисної дії редуктора.

Крім того, вибраний двигун перевіряють за перевантажуваль­ною здатністю. Треба, щоб найбільший момент навантажувальної діаграми не перевищував максимально допустимого моменту ви­браного двигуна, тобто

де - номінальний момент двигуна; - допустима перевантажувальна здатність вибраного двигуна за мо­ментом.

Для короткочасного режиму роботи доцільно вибирати спе­ціальні двигуни короткочасного режиму (на час роботи 10, 30, 60 і 90 хв). При номінальній потужності за вказаний стандартний час усі обмотки такого двигуна нагріваються до допустимої тем­ператури. Треба лише, щоб енергія втрат, яка виділяється у двигуні за дійсний час його роботи, не перевищувала енергії втрат у двигуні за стандартний (номінальний) час його роботи t_ном

Крім того, вибраний двигун повинен пройти перевірку за перевантажувальною здатністю. Незалежно від реального часу його роботи необхідно, щоб

де M_max — найбільший момент навантаження двигуна у реальних умовах роботи.

Для повторно-короткочасного режиму роботи (рис. 10.4) ви­пускаються спеціальні двигуни із стандартною тривалістю вми­кання ТВ, що дорівнює 15, 25, 40 і 60%. На ці тривалості вмикання і треба орієнтуватися при виборі двигуна за потужністю.

Рис. 10.4. Навантажувальна ді­аграма двигуна, який працює у повторно-короткочасному режи­мі.

Перевірку двигуна за нагріванням не проводять, тому що в такому разі від­сутність перегрівання гарантується заводом - виготівником. Якщо ТВ у реаль­ній діаграмі навантаження відрізняєть­ся від стандартної, то двигун треба перевіряти на нагрівання. У цьому разі за навантажувальною діаграмою знахо­дять еквівалентний момент двигуна за робочий цикл, не враховуючи часу пауз

приводять цей еквівалентний момент до стандартного значення ТВ

де ТВ_ф = t₁+t₂ +t₃ + t₀ — фактична тривалість вмикання двигуна за час роботи; ТВ_СТ — тривалість вмикання за паспортом виб­раного двигуна.

Порівнюють перерахований еквівалентний момент двигуна з номінальним. Потрібне виконання умови М_е'< M_ном .

Потім перевіряють вибраний електродвигун за перевантажу­вальною здатністю відповідно до

У разі невиконання однієї з двох останніх нерівностей повторно вибирають двигун і розрахунок повторюють.