6. Основы выбора мощности электродвигателя
Основным требованием при выборе электродвигателя является его соответствие условиям технологического процесса рабочей машины. Задача выбора двигателя заключается в расчёте требуемой мощности, предварительном выборе двигателя с последующей проверкой его по условиям пуска, перегрузки и нагреву.
6.1. Потери энергии в электродвигателе
Для правильной оценки теплового режима двигателей важнейшим является нахождение потерь энергии, обусловливающих нагрев, на различных этапах рабочего периода.
Суммарные потери в двигателе
состоят из двух составляющих: постоянных
,
не зависящих от нагрузки, и переменных
,
зависящих от нагрузки. В этом случае
для двигателя постоянного тока
где
– потери в стали;
– механические потери;
– потери в цепи якоря.
Для асинхронного двигателя
где
- потери в обмотках статора и ротора
соответственно.
Переменные потери также можно выразить через электромагнитный момент и относительную скорость (или скольжение). Для двигателей постоянного тока независимого возбуждения
где
– электромагнитная мощность, потребляемая
из сети;
– механическая мощность на валу
двигателя.
Для асинхронного двигателя
,
где – скольжение двигателя.
6.2. Нагрев и охлаждение двигателей
Процесс электромеханического
преобразования энергии сопровождается
одновременной потерей части энергии в
самой машине, которая, преобразуясь в
тепловую энергию, определяет нагрев её
элементов. Мощность тепловых потерь
определяется разностью между потреблённой
двигателем электрической энергией
и отдаваемой механической энергией на
валу двигателя
и зависит от конкретного режима
преобразования энергии. Поэтому
определение функции
является одной из задач при оценке
теплового состояния машины в конкретном
режиме; второй задачей является оценка
температуры двигателя
.
Теория нагрева при решении задач электропривода базируется на следующих допущениях:
- двигатель рассматривается как однородное тело, имеющее бесконечную теплопроводность;
- теплоотдача во внешнюю среду пропорциональна первой степени разности температур двигателя и окружающей среды;
- температура охлаждающей среды постоянна.
При указанных допущениях уравнение баланса тепловой энергии в двигателе будет иметь следующий вид:
(6.1)
где
– мощность тепловых потерь; А –
теплоотдача; С – теплоёмкость двигателя;
– превышение температуры двигателя
над температурой окружающей среды,
.
Переписав (6.1) в операторной форме
получим передаточную функцию, описывающую динамический характер изменения температуры двигателя:
(6.2)
где
– коэффициент передачи;
- постоянная времени нагрева.
На рис. 6.1 представлены кривые нагрева и охлаждения двигателя.
|
Рис. 6.1. Графики процессов нагрева и охлаждения двигателя |
Значение постоянной времени нагрева в пределах одной серии может меняться от 10 мин до 2-3 часов в зависимости от габаритов двигателя.
Передаточная функция (6.2) справедлива,
если параметры А и С остаются
неизменными. У самовентилируемых
двигателей теплоотдача зависит от
скорости ротора и её характеризуют
коэффициентом ухудшения теплоотдачи
.