1. По нагрузочной диаграмме механизма определяется средняя мощность

где Р_i – мощность на i-м интервале цикла,

t_ц - время цикла.

2. С учетом коэффициента запаса к=1.1÷1.3 по полученной расчетной мощности Р_расч=к·Р_ср предварительно по каталогу выбирается соответствующий электродвигатель.

3. По кривой КПД двигателя в функции нагрузки находятся потери мощности для каждого i-го интервала нагрузочной диаграммы и строится зависимость ΔP_i(t).

4. Вычисляются средние потери за цикл для сопоставления с номинальными , (10.13)

где β_ут.i=A_i/A_н - коэффициент ухудшения теплоотдачи на i-м участке цикла работы. Для двигателей с принудительной вентиляцией или работающих со скоростями, близкими к номинальной β_ут=1 тогда

(10.14)

5. Номинальные тепловые потери выбранного двигателя определяются

(10.15)

6. Если средние за цикл эквивалентные по нагреву с учетом ухудшения теплоотдачи потери P_cp не превосходят номинальных потерь двигателя P_н, то двигатель в реальном цикле, отличном от номинального, работает с допустимой по нагреву нагрузкой.

Если же это неравенство выполняется с большим запасом, то это означает, что выбранный двигатель будет недоиспользован по нагреву и, следовательно, по мощности.

Рассмотренный метод является универсальным с высокой точностью, однако не нашел широкого применения из-за громоздкости расчетов, выполнение которых требует подробных данных для определения потерь в электродвигателе при различных нагрузках.

10.5.2 Методы эквивалентирования режимов работы двигателей по нагреву

Большое распространение для практических расчетов получил метод эквивалентных величин, позволяющий с достаточной точностью определить мощность электродвигателя без подробного вычисления потерь.

Метод эквивалентного тока непосредственно вытекает из метода средних потерь. Номинальные потери в электродвигателе, соответствующие каждому участку графика непрерывной работы с переменной нагрузкой, могут быть выражены как сумма постоянных и переменных потерь, пропорциональных квадрату тока нагрузки, т.е.: ∆P_н=∆P_с.н+(I_н)²·R.

Подставив в формулу эквивалентных потерь R=const при условии, что постоянные потери не изменяются, получим уравнение метода эквивалентного тока:

(10.16)

Если двигатель работает с постоянной скоростью или имеет независимую вентиляцию, _уi=1.

Построение зависимости I(t) проще, чем вычисления в методе средних потерь, поэтому во всех случаях, когда применим метод средних потерь и сопротивление обмоток силовой цепи двигателя Rconst, применение метода эквивалентного тока является предпочтительным. Условие Rconst выполняется для большинства двигателей, за исключением асинхронных короткозамкнутых двигателей с глубоким пазом или с двойной беличьей клеткой на роторе, у которых сопротивление R'₂ при пусках изменяется значительно вследствие эффекта вытеснения тока.

К недостатку метода следует отнести необходимость предварительного выбора двигателя, так как метод является поверочным.

Метод эквивалентного момента позволяет проверить нагрев предварительно выбранного электродвигателя непосредственно по его нагрузочной диаграмме. Для электродвигателей, работающих с постоянным магнитным потоком, момент пропорционален току. Так, для электродвигателей постоянного тока с независимым возбуждением M=cФ·I_я. Для асинхронных электродвигателей с фазным ротором M=kФ·I₂·cosφ₂ (здесь φ₂ – угол сдвига между вектором магнитного потока Ф и вектором тока ротора I₂). Коэффициент мощности cosφ₂≠const, а меняется в зависимости от загрузки электродвигателя. При нагрузке, близкой к номинальной, Ф·cosφ₂ приближенно может быть принято постоянным и, следовательно, M≈k^’·I₂ . Учитывая пропорциональность момента и тока, формулу (10.15) можно преобразовать для определения эквивалентного момента:

(10.17)

Если момент не пропорционален току, то формулой (10.17) пользоваться нельзя (например, для электродвигателей последовательного возбуждения, для асинхронных короткозамкнутых электродвигателей в пусковых и тормозных режимах). Этот метод неприменим также во всех тех случаях, когда невозможно использование метода эквивалентного тока.

Таким образом, метод эквивалентного момента применяется для электродвигателей постоянного тока с независимым возбуждением и для асинхронных электродвигателей с фазным ротором, работающих при нагрузках, близких к номинальным.

Если электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения работает с ослаблением магнитного потока, то в нагрузочную диаграмму следует внести поправки, учитывающие возникающее при этом изменение тока якоря. Для того, чтобы график моментов отражал изменение тока якоря и, следовательно, точнее учитывал нагрев электродвигателя, расчетные ординаты моментов на участках с ослабленным магнитным потоком необходимо увеличить:

(10.18)

Метод эквивалентной мощности применяется для выбора электродвигателя, работающего с мало меняющейся скоростью (ω≈const). При этом мощность электродвигателя P=M·ω будет пропорциональна моменту. Эквивалентную мощность определяют по формуле

(10.19)

Метод эквивалентной мощности нельзя применять в тех случаях, когда неприменимы методы эквивалентного тока и эквивалентного момента, а также в случае работы электродвигателя с резким изменением скорости (пуск, торможение). Изменение мощности в пусковых и тормозных режимах даже при постоянном моменте не отражает условий нагрева электродвигателя, что может внести в расчет существенную погрешность.

При расчетах методами эквивалентных величин, также как при расчете методом средних потерь, необходимо вводить поправки на изменение температуры окружающей среды и на ухудшение условий охлаждения двигателя при пусках и торможениях.