10.5 Расчет мощности двигателя при продолжительном режиме работы

Для продолжительного режима S1 с неизменной нагрузкой применяют метод непосредственного расчета потребной мощности двигателя по аналитическим формулам для заданных технологических и конструктивных параметров производственной установки.

Большое число производственных механизмов работают в продолжительном режиме с неизменной или маломеняющейся нагрузкой и без регулирования скорости. Примерами таких механизмов могут служить вентиляторы, насосы, конвейеры и т.п. В этом случае выполняется расчет мощности, потребляемой рабочей машиной, и по каталогу выбирается ближайший больший по мощности двигатель и для условий эксплуатации по температуре окружающей среды, с поправкой на его изменения.

В режиме S1 двигатель работает с редкими пусками, поэтому пусковые потери не учитываются при расчете мощности двигателя, проверяется лишь достаточность пускового момента, развиваемого двигателем [1,2].

Например, расчетная мощность двигателя для привода вентилятора определяется по формуле:

, кВт, (10.10)

где V – производительность вентилятора, м³/с; h – напор, Н/м²; η_В – КПД вентилятора; η_ПЕР – КПД передач между двигателем и вентилятором.

Для привода насоса расчетная мощность двигателя определяется по аналогичной формуле: , кВт, (10.11)

где V – производительность насоса, м³/с; ν – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³; Н – расчетная высота подъема жидкости (включая высоту всасывания), м; η_НАС – КПД насоса; g=9,81 – ускорение силы тяжести, м/с².

В тех случаях, когда электропривод работает в продолжительных режимах с переменной нагрузкой (так называемые перемежающиеся режимы S6÷S8), мощность электродвигателя определяется в следующем порядке:

- для заданного режима работы механизма предварительно выбирают электродвигатель по статической нагрузке или по данным аналогичных установок;

- строят нагрузочную диаграмму Р_i(t) (аналогичные рис.10.4,б; 10.5,а;10.5,б) с учетом параметров выбранного электродвигателя. По этой диаграмме ведут расчет потребной мощности и сопоставляют ее с мощностью предварительно выбранного электродвигателя. Таким образом, расчет сводится к проверке предварительно выбранного электродвигателя по нагреву.

Проверка загрузки выбранного двигателя по нагреву производится либо по одному из так называемых классических методов, к которым относятся метод средних потерь, или косвенные методы эквивалентных величин (тока, момента и мощности), применяемые для режимов S3-S8, а также метод проверки двигателя по коэффициенту тепловой перегрузки (режим S2).

К классическим методам выбора мощности относится также метод определения допустимого числа включений двигателя в час по заданным параметрам динамической и статической нагрузок для электропривода с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором.

10.5.1 Метод средних потерь

Эквивалентирование режимов работы двигателей по нагреву необходимо, чтобы реальные режимы работы электроприводов были близки к одному из номинальных. В то же время выполнение тепловых расчетов для выбора двигателя путем проверки двигателей по нагреву затруднено в связи с неоправданной сложностью точных расчетов. Для упрощения созданы эффективные косвенные методы проверки двигателей по нагреву, в основе которых является так называемый метод средних потерь, в которых учитывается соотношение инерционностей тепловых и электромеханических переходных процессов.

Для большинства режимов электроприводов механизмов выполняется неравенство t_ц/T_н << 1 и лежит в пределах 0,2 … 0,01,

где t_ц – время цикла, с; Т_н – постоянная времени нагрева, с.

В этих условиях средние тепловые потери не превышают номинальных потерь нагрева

. (10.12)

Из приведенного уравнения вытекает следующий порядок проверки эквивалентности в тепловом отношении режима, в котором предполагается работа того или иного двигателя в номинальном режиме: