книги из ГПНТБ / Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие

соответствующая отключению двигателя (кривая 1). Уравнение теоретической кривой охлаждения имеет вид:

Кривая охлаждения 2 на рис. 4,3 соответствует уменьшению наг­ рузки двигателя.

§2. Режимы работы электродвигателей по условиям нагрева

Взависимости от условий нагрева различают три основных режима работы электродвигателя: длительный, кратковремен­ ный и повторнократковременный. Каждый из этих режимов ха­ рактеризуется соответствующей продолжительностью работы и продолжительностью паузы. Рабочий период соответствует вре­ мени, в течение которого электродвигатель находится под нагруз­ кой, а период паузы промежутку времени, в течение которого электродвигатель находится в отключенном состоянии или ра­ ботает в режиме холостого хода.

При работе электродвигателя в длительном режиме работы рабочий период оказывается достаточным для того, чтобы тем­ пература его достигла своего установившегося значения. При этом необязательно, чтобы нагрузка двигателя была длительной, установившийся тепловой режим наступает и при повторно­ кратковременном режиме работы. Такие механизмы как насосы, вентиляторы, компрессоры, транспортеры и т. д. обычно рабо­ тают в длительном режиме работы с постоянной нагрузкой. На

Рис. 4-4. Нагрузочная диа­ грамма при длительной неизменной нагрузке

100

рис. 4,4 представлен график работы и изменение температуры двигателя во времени для длительного режима работы.

Р Л

Рис. 4-5. Нагрузочная диаграмма при кратковременном режиме работы

Кратковременный режим работы характеризуется тем, что в рабочий период температура электродвигателя обычно не успе­ вает достигнуть своего установившегося значения. При этом вре­ мя паузы настолько велико, что оно оказывается достаточным

РЛ

Рис. 4-6. Нагрузочная диаграмма при повторно-кратковре­ менном режиме работы

101

для того, чтобы температура электродвигателя снизилась до температуры окружающей среды. К механизмам с подобным ре­ жимом работы могут быть отнесены некоторые типы кранов, вспомогательные устройства станков и т. д. Нагрузочный график кратковременного режима работы представлен на рис. 4,5.

При длительном режиме работы длительность рабочего пе­ риода, как правило, намного превышает время паузы. При пов­ торно-кратковременном режиме работы за период работы электродвигатель не успевает нагреться до установившегося зна­ чения температуры, а за время паузы — не успевает охлаждаться до температуры окружающей среды.

Многие механизмы подъемно-транспортных устройств, куз­ нечно-прессовых машин, вспомогательные механизмы прокатных станов работают в повторно-кратковременном режиме работы. Нагрузочный график и кривые нагрева для этого режима работы представлены на рис. 4,6.

Одним из основных показателей, характеризующих повторно­ кратковременный режим работы, является относительная про­

fa = tp + ^ — время цикла, равное суммарному времени ра­ боты и времени паузы.

Глава V

В Ы БО Р М ОЩ НОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫ Х РЕЖ И М ОВ РА БО ТЫ

§1. Общие вопросы выбора мощности электродвигателя

Выбор мощности электродвигателя является одним из важ­ нейших этапов проектирования электропривода. При выборе электродвигателя помимо учета режима работы, при котором предполагается его использование, приходится руководствоваться многими другими важными факторами.

В простейшем случае задача выбора двигателя сводится к про­ верке пригодности предварительно выбранного по тем или иным соображениям стандартного электродвигателя. В идеальном случае расчетная мощность электродвигателя полностью соот­ ветствует номинальной мощности исполнительного механизма,

102

Электродвигатель по перегрузочной способности выбран правиль­ но, если удовлетворяется условие:

Перегрузочная способность двигателя по току соответственно определяется отношением:

(5,3)

В таблице 5,1 приведены значения Ам для различных типов двига­ телей.

Перегрузочная способность электрических двигателей зави­ сит от многих факторов. В двигателях постоянного тока она оп­ ределяется максимальным электромагнитным моментом. В дви­ гателях постоянного тока максимальный момент ограничивается условиями коммутации. Перегрузочная способность электрических машин в закрытом исполнении во всех случаях выше перегрузоч­ ной способности открытых машин, что обусловлено более низким использованием по моменту закрытых машин, чем машин откры­

Мощность электродвигателя во всех случаях определяется рас­ четной мощностью, которая необходима для приведения в дви-

104

женив производственного исполнительного механизма при вы­ полнении заданного технологического процесса. В производствен­ ных условиях имеется большое количество исполнительных меха­ низмов, работа которых протекает при длительной неизменной или мало меняющейся нагрузке.

Режимы работы электродвигателя характеризуются т. н. нагру­ зочными диаграммами, показывающими, как меняется мощность электродвигателя во времени в процессе его работы.

На рис. 5,1 в качестве примера представлена нагрузочная ди­ аграмма, соответствующая режиму работы электродвигателя при длительной неизменной нагрузке.

р

Рис. 5-1. Нагрузоч­ ная диаграмма при длительной изменной нагрузке

Для механизмов, работающих в длительном неизменном ре­ жиме работы, выбор мощности электродвигателя обычно не пред­ ставляет особых затруднений и производится по каталогу, исходя из мощности, потребляемой соответствующим исполнительным механизмом при данной скорости вращения. Если электродви­ гателя, рассчитанного на данную мощность в каталоге нет, то в этом случае выбирается электродвигатель, рассчитанный на ближайшую большую мощность. Выбранный таким образом электродвигатель обеспечивает нормальную работу соответствую­ щего исполнительного механизма в ходе выполнения технологи­ ческого процесса при наибольших значениях энергетических по­ казателей и обеспечении допустимого нагрева двигателя при неограниченном длительном режиме его работы. В ряде случаев предварительно выбранный электродвигатель приходится про­ верять по пусковому моменту, т. к. некоторые исполнительные механизмы имеют повышенный пусковой момент трогания.

При отсутствии нагрузочной диаграммы необходимая мощ­ ность может определяться по нормативам потребления энергии, которые составляются по статистическим данным, учитывающим удельный расход энергии при выпуске соответствующей продук­ ции. Мощность приводных электродвигателей в этом случае может быть также определена по опытным нагрузочным диа­ граммам, снятым самопишущими приборами.

105

При работе электродвигателя в длительном неизменном режи­ ме нагрузки, когда его мощность соответствует мощности приво­ димого во вращение механизма, нет необходимости проверки его по нагреву, поскольку при нагрузке двигателя номинальной мощностью нагрев его всегда находится в допустимых для дан­ ного класса изоляции пределах. Объясняется это тем, что при длительных режимах работы вследствие небольшого времени пуска в сравнении со временем работы, относительно большие потери, выделяемые в двигателе при пуске, не могут оказать сколько-нибудь существенного влияния на его нагрев.

Таким образом, если номинальная мощность производствен­ ного агрегата Р, то при длительной неизменной нагрузке номи­

где Р и Рн — соответственно, мощность производственного меха­ низма и номинальная мощность электродвигателя.

В ряде случаев задается не мощность, а момент на валу про­ изводственного механизма и скорость его вращения. При этом расчетная мощность механизма (в киловаттах) может быть оп­ ределена по формуле:

где М — номинальный момент нагрузки на валу механизма, нм; п — скорость вращения механизма, об!мин.

По значению расчетной мощности выбирается затем по ката­ логу номинальная мощность Рн требуемого электродвигателя. С учетом потерь в механизме и передаче она должна быть равна:

Мощность механизма в процессе работы, во многих случаях может быть определена теоретически путем расчета по соответ­ ствующим эмпирическим формулам, как правило, дающим относительно небольшое расхождение с опытными данными. Определение значения мощности электродвигателя расчетом ограничивается, однако, относительно небольшим числом испол­ нительных механизмов.’ Определение мощности электродвигателя

106

при длительной неизменной нагрузке для наиболее часто встре­ чающихся в практике электропривода производственных меха­ низмов может быть произведено по нижеприведенным форму­ лам. По расчетной мощности в каталоге выбирается электродви­ гатель с номинальной мощностью, равной расчетному ее значе­ нию. В том случае, когда в каталоге отсутствует электродвига­ тель требуемой номинальной мощности, выбирается электродви­ гатель ближайшей большей мощности.

Определение мощности электродвигателя вентилятора. Расчет­ ная мощность электродвигателя вентилятора при длительном режиме работы находится по формуле:

ЧвЧ

где: Q — производительность вентилятора, м3/сек\

Н— давление (напор) или разрежение, н/л<2; на практике напор обычно задается в миллиметрах водяного столба

к. п. д. центробежных вентиляторов средней мощности находится в пределах 0,3 ч- 0,5; и для маломощных вентиляторов он состав­

Определение мощности электродвигателя насоса. Мощность электродвигателя насоса при длительном режиме работы может быть рассчитана по формуле:

ЧвЧ

107

здесь: у — плотность (удельный вес) жидкости, н/м3; Чн— коэффициент полезного действия насоса (для центро­

бежных насосов высокого давления rja = 0,5 4- 0,8; для центробежных насосов низкого давления — 0,3 ч- Ч- 0,6; для поршневых насосов — 0,8 Ч- 0,9);

г\ — коэффициент полезного действия передачи от элек­ тродвигателя к насосу (при непосредственном соеди­ нении вала насоса с валом электродвигателя к. п. д. передачи принимается равным единице).

Q — производительность насоса, м3/сек;

Н— расчетная высота подачи в метрах, находится по формуле:

h2 — высота нагнетания — расстояние от оси насоса до наи­ более высокого пункта потребления, м\

h3— напор, учитывающий потери во всасывающем и нагне­ тательном трубопроводах, в вентилях, на поворотах и т. д., м\

h4 — свободный напор, обеспечивающий определенную ско­ рость вытекания жидкости из трубопровода, м.

Определение мощности электродвигателя компрессора. Мощ­ ность электродвигателя компрессора при длительном режиме

ц— коэффициент полезного действия передачи от двигателя

ккомпрессору;

А— работа сжатия одного м3 воздуха.

Значения коэффициента А в зависимости от величины сжатия в ат­ мосферах с достаточной для практики точностью могут быть приняты по таблице 5,2.

Для промежуточных значений сжатия величина коэффициен­ та А может быть определена путем интерполяции данных, при­ веденных в таблице 5,2.

108

Определение мощности электродвигателя крановой установки.

Мощность электродвигателя механизма подъема крана рассчиты­ вается по формуле:

Мощность электродвигателя механизма горизонтального пере­ мещения тележки крана определяется по формуле:

где: Gt — собственный вес тележки крана, н;

К — коэффициент, учитывающий трение реборд колес о ' рельс (1,3 Ч- 1,5);

(j. — коэффициент трения скольжения (для подшипников скольжения принимается равным 0,08 4- 0,15, для под­ шипников качения — 0,01 4-0,05);

г — радиус шейки вала, см\

Кт.— коэффициент трения качения (0,05 — 0,1);

109