Г л а в а п е р в а я

Общие методы выбора мощности электропривода

1.1 Постановка задачи выбора мощности электропривода

Правильный выбор мощности двигателя обеспечивает надежную и экономичную работу производственного механизма. Выбранная мощность должна соответствовать предполагаемой или рассчитанной нагрузке. Завышение мощности двигателя неоправданно увеличивает габариты, вес и первоначальную стоимость установки, ухудшает экономические показатели электропривода (снижает КПД и коэффициент мощности), что отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках системы цехового и заводского электроснабжения. Занижение мощности вызывает перегрев отдельных его частей, что ускоряет выход установки из строя. Кроме того, при перегрузке двигателя также понижаются КПД и коэффициент мощности.

При любом графике нагрузки электродвигатель должен удовлетворять следующим основным требованиям: 1) перегрев двигателя не должен превышать значений, установленных ГОСТ на электрические машины; 2) двигатель должен сообщить рабочей машине необходимую скорость вращения; 3) при соответствующей скорости вращения двигатель должен развить момент, требуемый механизмом.

Для электроприводов многих механизмов необходимо обеспечить минимальное время разгона и торможения. Это условие может быть выполнено при правильном выборе так называемого оптимального передаточного числа редуктора между электродвигателем и механизмом. Кроме того, часто требуется решить вопрос о габаритах двигателя и редуктора, обеспечивающих минимальную первоначальную стоимость электропривода. Таким образом, при выборе мощности электродвигателя решается ряд вопросов, связанных с его нагревом, перегрузочной способностью, динамическими свойствами и стоимостью.

Для электроприводов большинства механизмов прокатных станов, например, динамические свойства имеют столь же существенное значение, как и термическая устойчивость двигателя. Вот почему выбор электродвигателя для этих механизмов необходимо начать с расчета динамических свойств привода, т.е. с определения оптимального передаточного числа редуктора для предварительно выбранного двигателя. После этого двигатель проверяется на нагрев и максимально возможную перегрузку.

Необходимо также редукторный вариант электропривода сравнить по технико-экономическим показателям с безредукторным вариантом, который в некоторых случаях обеспечивает наилучшие динамические свойства установки или меньшую стоимость ее.

Для выбора мощности электродвигателя необходимо знать его нагрузку как в установившихся, так и в переходных режимах. Для этого рассчитываются или строятся на основании экспериментальных данных так называемые нагрузочные диаграммы – зависимость момента на валу двигателя, мощности или тока якоря (ротора) в функции времени.

Проверка электродвигателя на перегрузку заключается в определении его потребного номинального момента или тока из условия:

; , (1.1)

где – максимальный момент, который должен развить электродвигатель в соответствии с его нагрузочной диаграммой;– максимальный ток, протекающий в электродвигателе и определяемый из диаграммыI=f(t); λ_М и λ_i – коэффициенты перегрузочной способности электродвигателя по моменту и току.

Величины λ_М и λ_i принимаются по каталожным данным предварительно выбранного двигателя. Примерные значения λ_М для двигателей мощностью до 100 кВт при номинальной скорости приведены в таблице 1.1.

Перегрузочная способность асинхронных двигателей ограничена величиной критического момента М_К. Так как величина момента этих двигателей пропорциональна квадрату напряжения сети, то при проверке двигателей на перегрузку следует принимать в расчетах , учитывая возможное снижение напряжения сети до.

Таблица 1.1 – Перегрузочная способность электродвигателей по моменту

Тип двигателей	Перегрузочная способность λМ
Длительного режима работы с параллельным, последовательным или смешанным возбуждением	не ниже 2,5
Краново-металлургические:
параллельного возбуждения	2,5
последовательного возбуждения	4,0
смешанного возбуждения	3,5
асинхронные	не ниже 2,3
Асинхронные длительного режима работы	1,7 – 2,2
Синхронные	2,5 – 3,0

В таблице 1.2 указаны примерные значения перегрузочной способности λ_i для двигателей постоянного тока.

Таблица 1.2 – Перегрузочная способность электродвигателей по току

Тип двигателей	при скорости
Длительного режима работы	2,5 – 3,0	2,5	1,6 – 2,0
Краново-металлургические	3,6	3,0	1,5

Наибольшая допустимая температура двигателя ограничивается термической стойкостью его изоляции, которая является самым ответственным элементом электрической машины, определяющим срок ее службы.

Электродвигатели могут работать при различной температуре окружающей среды. ГОСТ устанавливает, что номинальные данные всех электрических машин относятся к температуре окружающей среды +40°С. Установлены также максимально допустимые перегревы изоляции (τ_ДОП) над температурой окружающей среды +40°С (см. табл. 1.3).

В общем случае температура окружающей среды отличается от стандартной (+40°С), соответственно меняется и величина допустимого перегрева изоляции:

, (1.2)

где – температура окружающей среды;

–допустимая температура нагрева изоляции по таблице 1.3.

При выборе мощности электродвигателя необходимо учитывать отклонение фактической температуры окружающей среды от стандартного значения. Для этого в расчет вводится соответствующая поправка, как это будет показано далее.

Таблица 1.3 – Допустимые перегревы изоляции электрических машин

Метод измерения температуры	Допустимый перегрев для различных классов изоляции, °С
	А	Е	В	F	Н
Метод термометра	50	65	70	85	105
Метод сопротивления	60	75	80	100	125

Если электропривод устанавливается на значительной высоте над уровнем моря, то из-за разреженности воздуха теплоотдача двигателя уменьшается, снижается фактическая мощность, развиваемая электроприводом. В связи с этим рекомендуется увеличивать расчетную мощность электропривода на 1% для каждых 100 м превышения высоты установки над 1000 м. Например, при установке электропривода на высоте 3000 м его расчетная мощность должна быть увеличена на 20%.