3.3 Предварительный выбор двигателя по мощности

Производитель данных насосов рекомендует использовать в качестве привода насоса электродвигатели серии 5А, 5АИ, АИР и согласно таблице 3.1 для насоса 1К-150-125-315б необходим электродвигатель мощностью 18,5 кВт. Однако в качестве учебных целей и проверки достоверности данной информации, рассчитаем требуемую мощность электродвигателя.

Мощность электродвигателя для насоса определяется по формуле:

(3.14)

где

k_з- коэффициент запаса, принимаемый 1,1-1,3 в зависимости от мощности электродвигателя. Примемk_з=1,1;

ƞ_нас- КПД насоса;

ƞ_п- КПД передачи. Т.к. у нас вал АД соединен жестко с валом насоса с помощью муфты, то ƞ_п=1.

Подставим данные в (3.14) и рассчитаем требуемую расчетную мощность электродвигателя:

Вт.

3.4 Выбор номинальной скорости и типоразмера двигателя. Построение характеристики М_доп=f(ω), гдеω_мин≤ ω≤ ω_макс

Выбор электродвигателя будем осуществлять по условию:

Р_{ЭД ном}≥Р_ЭД. (3.15)

В соответствии со стандартным рядом мощностей электродвигателей, ближайшей мощностью к рассчитанной в пункте 3.3, является мощность 18,5кВт, что собственно и подтверждает расчеты производителя насосов. Учитывая, что данный насос рассчитан на номинальную частоту вращения 1450об/мин (таблица 3.1), из [4], выбираем электродвигатель 5А160М4, со степенью защиты IP54. Параметры электродвигателя 5А160М4 указаны в таблице 3.5[4]:

Таблица 3.5 - Параметры электродвигателя 5А160М4

P, кВт	n, об/мин	ƞ	Iн, А	Мн, Н·м	λ м	λ п	λ i	Jд, кг·м2	cosφ	m, кг
18,5	1450	0,9	36,3	122	2,6	2,2	6,5	0,087	0,86	120

Допустимый по условиям нагрева момент регулируемого самовентилируемого асинхронного электродвигателя рассчитывается, исходя из уравнения теплового равновесия для данной угловой скорости ω и может быть найден по следующей формуле, которую можно получить после ряда преобразований уравнения теплового равновесия:

(3.16)

где

μ_доп− допустимый момент в относительных единицах;

− относительная частота, гдеf₁- текущая частота,f_1ном=50 Гц − номинальная частота;

− коэффициенты, определяемые по следующим выражениям:

(3.17)

где

β_o− коэффициент охлаждения при ω=0, обычно для закрытых АД исполненияIP44-IP54β_o≈0,5;

ΔP_ном− номинальные потери АД, определяемые как:

(3.18)

Р_ном, ƞ_ном− номинальная мощность и номинальный КПД электродвигателя;

ΔP_{μ ном}− потери в обмотке статора от тока намагничивания, которые рассчитываются по формуле:

(3.19)

(3.20)

R₁− активное сопротивление обмотки статора;

I_{1 ном}− номинальный фазный ток статора;

ΔP_{пер.ном.}− переменные потери мощности 3-фазного АД, вычисляемые по формуле [3]:

(3.21)

k_з,m− коэффициент, соответствующий максимальному к.п.д. АД;

ΔP_ст.ном.− номинальные потери в стали, которые можно принять равными:

(3.22)

ΔP_мх.ном.− номинальные механические потери, которые можно принят равными:

(3.23)

Рассчитаем все необходимые потери. Подставим данные в (3.18) и найдем номинальные потери АД:

При k_з,т.=0,9, подставив значения в (3.21) получим:

Подставив значение ΔP_номв (3.22) и (3.23) найдем потери в стали и номинальные механические потери:

Подставив значения в (3.20) получим:

Для того чтобы найти ΔP_μ, сперва необходимо найти активное сопротивление статораR₁, которое определим используя методику, приведенную в методическом пособии [5], с помощью следующих формул:

(3.24)

где

S_ном− номинальное скольжение;

− переменные номинальные потери мощности в обмотках статора;

− переменные номинальные потери мощности в роторе;

М₀− момент холостого хода;

М_{э. ном.}− электромагнитный номинальный момент.

Подставим полученные значения в (3.19) и найдем ΔP_{μ ном}:

Подставим полученные значения в (3.17) и определим коэффициенты:

В связи с тем, что определение коэффициентов в уравнении теплового равновесия связано с параметрами, которые не всегда точно известны, для непротиворечивых результатов решения уравнения относительно μ необходимо проверить условие для номинального режима при θ₀ = +40ºС, т.е. при μ=1 и α=1 необходимо, чтобы соблюдалось равенство

(3.25)

из которого целесообразно найти

(3.26)

при уже известных коэффициентах ,и.

Подставив полученные коэффициенты в формулу (3.13) получим выражение, для нахождения допустимого момента электродвигателя в диапазоне работы.

(3.27)

С помощью программы MicrosoftOfficeExcel2007 рассчитаем и построим график зависимости допустимого момента от угловой скорости в относительных единицах. Расчеты зависимости допустимого момента от угловой скорости и график представлены в таблице 3.6 и на рисунке 3.5 соответственно.

Таблица 3.6 - Расчет зависимости допустимого момента от угловой скорости в относительных единицах

f1, Гц	α	μдоп
5	0,1	1,055
7,5	0,15	1,079
10	0,2	1,095
12,5	0,25	1,107
15	0,3	1,115
17,5	0,35	1,121
20	0,4	1,123
22,5	0,45	1,124
25	0,5	1,118
30	0,6	1,112

Окончание таблицы 3.6

30	0,6	1,112
32,5	0,65	1,104
35	0,7	1,095
37,5	0,75	1,083
40	0,8	1,070
42,5	0,85	1,055
45	0,9	1,039
47,5	0,95	1,021
50	1	1

В связи с тем, что статический момент насосной установки зависит от скорости, то с уменьшением скорости будет уменьшаться статический момент и соответственно повышается допустимый по условиям нагрева момент. Расчетная зависимость μ_доп=f(α) подтверждает это.

Рисунок 3.6 - Зависимость относительного допустимого момента μ_допот относительной частоты α

3.5 Построение нагрузочной диаграммы электропривода М=f(t)за цикл работы.

Нагрузочная диаграмма электропривода представляет собой зависимость электромагнитного момента от времени. МНЛЗ - это установка, которая работает в длительном режиме без каких-либо изменений нагрузки для электропривода насосной установки и соответственно электромагнитный момент на протяжении длительного времени постоянный. Необходимость применения регулируемого электропривода в насосной установке обуславливается тем, что МНЛЗ может производить заготовки различного размера и формы, а следовательно для разных заготовок требуется разный объем подачи воды, что экономически обуславливает применение в этой установке регулируемого электропривода.

Изучив техническую литературу по производству различных слябов, примем необходимый расход воды для охлаждения 300м³/ч. При таком расходе воды в нашей системе будут одновременно работать 2 насосные установки. При параллельном включении турбомеханизмов, имеющих одинаковыеQ(H) характеристики, производится суммирование расходов при одинаковом напоре. Первый электропривод будет работать в номинальном режиме от сети и обеспечивать номинальную подачу 200м³/ч, с рабочим моментом М_р1=92,25Н·м (Таблица 3.4). Второй электропривод будет работать от ПЧ и обеспечит подачу 100м³/ч.

Для построения нагрузочной диаграммы, необходимо рассчитать момент, развиваемый вторым электроприводом. Учитывая тот факт, что статический напор в трубопроводе уже преодолен первой насосной установкой, для расчета рабочего момента будем использовать формулы без статического напора.

Рабочий момент найдем по формуле (3.9). В теории турбомеханизмов, в сетях без статического напора, есть следующая пропорция [6]:

(3.28)

где

ω_р- рабочая угловая скорость электродвигателя;

Q_р- рабочий расход.

Подставим значения в (3.9) рассчитаем рабочий момент:

Рисунок 3.7 - Нагрузочные диаграммы электроприводов насосной установки для охлаждения машины непрерывного литья заготовок