Задача 12.

Проверить соответствие мощности электродвигателя при разных типах электропривода:

1) привод с муфтой скольжения;

2) многоскоростной асинхронный электро­двигатель;

3) электропривод по системе преобразователь частоты – асинхронный электродвигатель (ПЧ-АД).

Исходные данные для расчёта:

Номер варианта	Производительность центрифуги, л/ч	Частота вращения барабана, об/мин	Масса барабана , кг	Диаметр барабана, , м
1	1500	6700	55	0,35
2	1600	6750	60	0,38
3	1700	6800	65	0,4
4	1800	6850	70	0,42
5	1900	6900	75	0,45
6	2000	6950	80	0,5
7	2100	7000	45	0,32
8	2200	7050	50	0,35
9	2300	7100	55	0,38
10	2400	7150	60	0,42
11	2500	7200	65	0,45
12	2600	7250	70	0,46
13	2700	7300	75	0,5
14	2800	7350	40	0,55
15	2900	7400	45	0,5
16	3000	7000	50	0,6
17	3100	7050	55	0,4
18	3200	7100	60	0,48
19	3300	7200	65	0,44
20	3400	7300	70	0,55

Остальные исходные, при решении данной задачи, примем одинаковые для всех вариантов: мощность двигателя - 3,0 кВт; номинальный момент = 18,7 Нм; частота вра­щения ротора двигателя = 1440 об/мин; передаточное отношение - = 5; масса барабана - = 61 кг; момент инерции ротора - J_p = 0,0086 кг м²; мо­мент инерции барабана - J₆ = 1,2 кг м²; приведенный мо­мент инерции - J* = 30 кг м².

Последовательность расчёта проведём на примере: центрифуга имеет следующие параметры: производительность - 2000 л/ч; мощность двигателя - 3,0 кВт; номинальный момент - М_н = 18,7 Нм; частота вра­щения ротора двигателя - = 1440 об/мин; частота враще­ния барабана - 7200 об/мин; передаточное отношение - i = 5; масса барабана - =61 кг; диаметр барабана - =0,4 м; момент инерции ротора - J_p=0,0086 кг·м²; мо­мент инерции барабана - J₆=1,2 кг·м²; приведенный мо­мент инерции - J*=30 кг·м².

Решение.

1) Привод с муфтой скольжения:

а) определим потери энергии в обмотке ротора и муфте при пуске:

где

б) определим момент сопротивления в установившемся режиме:

где - момент трогания центрифуги, ; - коэффициент пропорциональности, ; - угловая скорость барабана, .

в) мощность двигателя (необходимая) в установившем­ся режиме:

Очевидно, что электродвигатель мощностью = 3,0 кВт выбран по условиям пуска. Если потери энергии при пус­ке = 330 000 Дж, то в обмотке ротора

( )

В обмотке статора, при ,

По тепловому состоянию обмотки статора, при её массе m₁ = 2,8 кг, нагрев составит:

,

где =390 - теплоёмкость обмотки, =2,8 кг - масса обмотки, =155°С (класс изоляции F) [Асинхронные двигатели общего назначения / под. Ред В.М. Петрова, А.Э. Кравчика. – М. :Энергоатомиздат, 1989].

Следовательно, по тепловому состоянию в режиме пус­ка следует взять электродвигатель мощностью 3,0 кВт, но в установившемся режиме двигатель будет недогружен.

Для двигателя мощностью = 1,1 кВт и том же соот­ношении потерь энергии в обмотках статора и ротора и = 1,35 кг:

Следовательно, двигатель мощностью = 1,1 кВт не проходит по условиям пуска.

2) Пуск с использованием многоскоростного асинхрон­ного двигателя.

При использовании двухскоростного асинхронного двигателя пусковые потери в обмотках снижаются в 2 раза по сравнению с прямым пуском, но при этом потери не перераспределяются, а полностью выделяются в обмотках и составляют и . Следовательно, мощность такого двигателя должна быть также близка к . К двигателям такого рода относится, например, двигатель серии 4А112МА8/4УЗ, 750/1500 об/мин, 1,9/3,0 кВт.

3) При использовании электропривода по системе ПЧ-АД возможен пуск при номинальном моменте (и токе) или с некоторой перегрузкой (до 1,2), поэтому мощность дви­гателя может быть близкой к расчетной, с некоторым ко­эффициентом запаса.

В таких приводах время пуска задается (до 1000 с и более) изменением темпа увеличения частоты и напря­жения при соответствующем законе управления U/f. На практике указанные параметры выбираются такими, что пусковые потери снижаются в 7-8 раз по сравнению с прямым пуском.

Таким образом, выбранный по установившемуся режи­му двигатель мощностью обеспечивает частот­ный пуск без перегрева обмоток, работу с близкой к номи­нальной загрузкой и энергетическими показателями.

В приводе с муфтой скольжения двигатель загружен примерно на 30%, при этом КПД составляет , [Асинхронные двигатели общего назначения / под. Ред В.М. Петрова, А.Э. Кравчика. – М. :Энергоатомиздат, 1989].