КУРС лекций Электротехника, электронное / Курс лекций. Электротехника и электроника. РАЗДЕЛ 3. Электропривод и электроснабжение

244

Лекция 3.4 Выбор мощности двигателей производственных механизмов

План лекции

1)Расчет мощности производственных механизмов.

2)Выбор электродвигателя для непрерывного режима работы.

3)Выбор электродвигателя для кратковременного режима работы.

4)Выбор электродвигателя для повторно-кратковременного режима

работы.

3.4.1Расчет мощности производственных механизмов

Полный анализ мощности производственного механизма представ-

ляет собой весьма сложную инженерную задачу. Приведем способ при- ближенного расчета.

Дана полная характеристика рабочей машины и технологического процесса. Например:

1)Наименование и тип машины.

2)Максимальная мощность на валу.

3)Частота вращения вала.

4)Соединение двигателя с машиной (муфта, ремень и т.д.).

5)Пусковой момент.

6)Пределы регулирования оборотов.

7)Частота пусков в час.

8)Характер окружающей среды.

Требуется определить марку электродвигателя.

Проводим расчеты:

При выборе электродвигателя рекомендуется сначала осуществить выбор типа двигателя.

При длительной неизменной нагрузке независимо от мощности реко- мендуется применять синхронные двигатели. Это объясняется тем, что синхронный двигатель пускается в ход так же, как и асинхронный, а его габариты меньше и работа экономичнее, чем у асинхронного двигателя той же мощности.

При частых пусках и непостоянной нагрузке наиболее надежным и простым в эксплуатации, а вместе с тем и дешевым является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Двигатель с фазным ротором до- роже, его обслуживание сложнее, габариты больше, а коэффициент мощ- ности меньше.

Для некоторых приводов рекомендуются двигатели постоянного тока, в частности: в металлургической промышленности – реверсивные прокат- ные станы, регулируемые нереверсивные станы при многодвигательном приводе, вспомогательные механизмы повторно-кратковременного режима

245

работы, доменные подъемники; в металлообрабатывающей промышленно- сти – токарные специальные станки, электрифицированный транспорт.

Как уже было сказано, двигатели могут работать в разных режимах: с постоянной продолжительной нагрузкой; переменной продолжительной нагрузкой; кратковременной и повторно-кратковременной нагрузкой.

Рассмотрим эти режимы подробнее.

3.4.2 Выбор электродвигателя для непрерывного режима работы

В данном случае двигатель работает продолжительное время (про- должительная нагрузка) при неизменной или мало изменяющейся нагруз- ке на валу. Здесь мощность двигателя должна быть равна мощности на- грузки.

К таким нагрузкам относятся: насосы; вентиляторы; транспортеры; элеваторы лесных складов; подъемные механизмы кранов; лебедки; лесо- пильные рамы; мешалки и др.

График продолжительной нагрузки представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – График мощности при неизменной нагрузке

При прямом соединении двигателя с механизмом

где РД – мощность двигателя в кВт; РМЕХ – мощность рабочего механизма; ηПЕР - КПД передачи.

Определив мощность двигателя, подбираем по каталогу двигатель соответствующей марки, номинальной мощностью Рн ≥ РД.

Выбранный двигатель проверяется по моменту:

ηПЕР

Если же нагрузка на двигатель изменяется, то выбор потребной мощ- ности двигателя сводится к определению такой постоянной нагрузки, ко-

246

торая будет нагревать двигатель до той же температуры, что и заданная первичная нагрузка.

Пусть двигатель работает под нагрузкой, при которой потребляет из сети в отдельные промежутки времени t1, t2, t3,…,tn токи I1, I2, I3,…, IN, про- порциональные мощностям P1, P2, P3,…, PN, как показано на рисунке 2.

За время работы двигателя

T= t1+ t2+ t3+…+tN в его обмот-

ках, имеющих сопротивление R,

выделяется количество тепла

Q = Q1+Q2+Q3+…+QN =

= R I12 t1+ … + R I N2 tN.

Проходящие по двигателю разные токи I1, I2, I3,……, IN мож- но заменить одним универсаль- ным током IЭ, т.е. таким не изме- няющимся током, который за од- но и тоже время Т нагреет двига-

тель до той же температуры, что и изменяющийся ток (I1, I2, I3,…, IN). Ве- личина этого эквивалентного тока может быть определена из следующего соотношения:

По вычисленному значению эквивалентного тока IЭ подбираем такой двигатель, номинальный ток которого IН был бы равен вычисленному эк- вивалентному току IЭ.

Рассмотренный метод выбора мощности двигателя (метод эквива- лентного тока) является приближённым методом, т.к. в нём не достаточно точно учитывается влияние потери в стали на нагревание двигателя.

Обычно график нагрузки задаётся в мощностях или моментах, тогда потребная номинальная мощность или соответствующий момент двигателя определяется по аналогичной току формуле эквивалентной мощности:

Эта формула получена из формулы для двигательного тока в предпо- ложении, что КПД двигателя, а при переменном токе и cosϕ остаются при

247

разных нагрузках неизменными, что, как известно не соответствует дейст- вительности. Однако для предварительного выбора мощности двигателя вполне допустимо.

При использовании метода эквивалентного тока мощность двигателя

При методе эквивалентной мощности двигатель выбирается по ката- логу без пересчёта РД ≥ РЭ.

Выбрав по полученному значению эффективной мощности двига- тель, далее необходимо проверить, будет ли этот двигатель удовлетворять требованием перегрузки. Если максимальная нагрузка на двигатель из гра- фика нагрузок равна РМАКС, то номинальная мощность двигателя РН должна удовлетворять условию:

1) для двигателей постоянного тока РН ≥ РМАКС ; 3

2) для двигателей переменного тока РН ≥ РМАКС . 2

При выборе мощности двигателя необходимо помнить, что методом эквивалентной мощности можно выбрать двигатели с нерегулируемой час- тотой вращения, а методом эквивалентного момента – двигатель, у которо- го магнитный поток в процессе работы остаётся постоянным.

Метод эквивалентного тока является универсальным, пригодным для всех двигателей.

Пример: Подобрать трехфазный асинхронный двигатель с коротко- замкнутым ротором для станка, работающего по следующему графику, по- казанному на рисунке 3.

Выбираем по каталогу двигатель с ближайшей большей мощностью

РН=4,5 кВт.

Из графика видно, что РМАКС =6 кВт. Проверяем на перегрузочную способность.

248

РН ≥ РМАКС = 6 . кВт

22

Выбранный двигатель удовлетворяет поставленным требованиям.

Рисунок 3 – График станка, работающего с переменной нагрузкой

3.4.3 Выбор электродвигателя для кратковременного режима работы

Кратковременная нагрузка характеризуется тем, что её продолжи-

максимальной нагрузкой его температура нагрева θДВ достигала допусти- мой величины, но не превышала её.

Точно рассчитать необходимую мощность двигателя в таком случае сложно, поэтому на практике пользуются разными упрощёнными форму- лами, одна из которых:

249

где λ – перегрузочная способность двигателя и равна λ = ММАКС = РМАКС .

МН РН

Для двигателя переменного тока ММАКС = МКР величина λ даётся в ка- талогах, а для двигателей постоянного тока РМАКС – максимально допусти- мая нагрузка по условиям коммутации.

Числовая величина 0,75 взята в качестве коэффициента запаса на случай возможного понижения напряжения сети.

При пользовании формулой (11) нужно помнить, что продолжитель- ность работы с нагрузкой не должна превышать трёхкратной величины по-

имеет постоянную времени нагрева τ = 20 мин работает в кратковремен- ном режиме.

Продолжительность работы под нагрузкой tНАГР = 0,5 часа, tПАУЗ =1,5

часа.

Какую величину максимальной нагрузки может выдержать данный двигатель?

Решение:

РН = РНАГР , откуда РНАГР = 0,75λ РН = 0,75 2 4,5 = 6,75 кВт. 0,75λ

3.4.4 Выбор электродвигателя для повторно-кратковременного режима работы

При повторно-кратковременной работе периоды работы регулярно чередуются с переходами пауз. Период работы и паузы называется циклом, т.е. tЦ = tР+t0. Согласно стандарту время цикла не должно быть больше 10 минут.

Отношение времени работы двигателя к времени цикла называется

относительной продолжительностью работы и обозначается ПВ.

250

а б Рисунок 5 – График повторно-кратковременной нагрузки: а) постоянная; б) переменная

Для определения потребной мощности двигателя заменяем повтор- но-кратковременную работу длительной работой, для этого вычисляем эк- вивалентную мощность без учёта пауз по формуле:

Затем вносим поправку на продолжительность работы.

∑t0 - время пауз в цикле.

Вкаталогах указывается мощность двигателей для продолжительно- сти работы ПВ =15; 25; 40 и 60.

Если расчётное значение ПВ получается отличное от указанного в каталоге, то эквивалентную мощность РЭ надо пересчитать на ближайшее из каталожных значений ПВКАТ по формуле

251

Пример:

Определить мощность трёхфазного асинхронного двигателя, необхо- димую для крановой лебёдки, работающей по следующему графику (рису- нок 6).

Из графика видно tЦ =90 сек. Относительная продолжительность работы

ПВ = 2 +14 + 2 +14 100% = 35, 4% 90

Эквивалентная мощность без учёта пауз (для длительного режима работы).

Учитывая относительную продолжительность работы, потребная мощность двигателя

В каталоге крановых электродвигателей подбираем двигатель мощ- ностью 19 кВт с ПВ=40%.

252

Контрольные вопросы

1. Как производится расчет мощности производственных механиз-

мов.

2. Порядок выбор электродвигателя для непрерывного режима рабо-

ты.

3.Порядок выбор электродвигателя для кратковременного режима

работы.

4.Порядок выбор электродвигателя для повторно-кратковременного режима работы.