Выбор мощности двигателя при длительном режиме работы

Выбор мощности двигателя при длительном режиме работы

Длительный
режим работы двигателя характеризуется
продолжительным включением двигателя
с постоянной или переменной нагрузкой.
В таких режимах работают двигатели
вентиляторов и дымососов вагранок,
компрессоров, конвейеров, очистных
барабанов, дробеметных головок, пескометов
и т. п. При длительном режиме работы(t
>
4)
с постоянной нагрузкой двигатель
нагревается до установившейся температуры
(рис. 25).

Определение
мощности двигателя в этом случае
достаточно просто. Согласно условию
нагрева номинальная мощность двигателя
должна равняться мощности, необходимой
для работы машины.

Если
в каталоге не оказывается двигателя с
номинальной мощностью, равной расчетной,
то выбирают двигатель ближайшей большей
мощности. Потери при пуске и торможении
двигателя превышают потери при номинальной
нагрузке. Но в рассматриваемом режиме
процессы пуска и торможения повторяются
редко, и поэтому их не учитывают.

В
длительном режиме с переменной нагрузкой
двигатели работают во многих литейных
машинах: смешивающих бегунах, выбивных
решетках, станках для зачистки отливок
и т. д. Нагрузочные графики двигателей
литейных машин, работающих в автоматическом
режиме, имеют обычно цикличный характер
(рис. 26).

Двигатели,
применяемые для привода литейных машин,
обычно нормированы по длительному
режиму работы с постоянной нагрузкой.
Поэтому для определения необходимой
мощности двигателя следует найти такой
режим его работы с постоянной нагрузкой,
который в отношении нагрева двигателя
был бы эквивалентен данному режиму с
переменной нагрузкой. Другими словами,
определяют такую постоянную эквивалентную
мощность
,
при которой за время цикла в двигателе
выделится столько же тепла, сколько и
при работе по фактическому нагрузочному
графику, представленному, например, на
рис. 27.

Таким
образом, можно записать равенство

(47)

где–
количество теплоты, выделяющееся в
двигателе в секунду при работе с
эквивалентной мощностью

–
время цикла;

–
количество теплоты,
выделяемое в двигателе при работе с
нагрузками

–
время работы
двигателя с нагрузками

Количество
теплоты, выделяющейся в двигателе в
секунду, пропорционально потерям
мощности в нем
,
поэтому равенство (47) можно записать в
виде

(48)

откуда
получим формулу средних потерь

(49)

Для
практического определения мощности
двигателя при длительном режиме работы
с переменной нагрузкой формулу (49) можно
упростить. Разделив в формуле (49) потери
на постоянные
и переменные (пропорциональные квадрату
тока),
получим

(50)

где b
–
величина, постоянная для данного
двигателя.

Так
как постоянные потери мало зависят от
нагрузки, то, решая уравнение (50)
относительно тока
получим
формулу эквивалентного тока

(51)

Если
момент двигателя пропорционален току,
что справедливо для двигателей постоянного
тока с параллельным возбуждением, то
из формулы (51) легко получить формулу
эквивалентного момента

(52)

Для
асинхронных двигателей, наиболее часто
применяемых в литейных машинах, момент
и потребляемый из сети ток не
пропорциональны. Однако в пределах
рабочей части механической характеристики
момент можно считать пропорциональным
току и пользоваться формулой эквивалентного
момента (52).

Если
скорость вращения двигателя во время
работы изменяется незначительно, что
имеет место для двигателей с жесткими
механическими характеристиками, то
мощность пропорциональна моменту, и
тогда можно использовать формулу
эквивалентной мощности

(53)

Нагрузочные
графики, например рис. 26, часто имеют
криволинейные участки. Эти участки при
расчете разбивают на ряд прямоугольных
ступеней, или при неизвестном законе
изменения нагрузки считают нарастание
(уменьшение) нагрузки линейным, или
пользуются выражениями

и

.(54)

После
выбора двигателя по эквивалентному
моменту или эквивалентной мощности его
надо проверить по условию перегрузки

(55)

где

–
номинальный момент двигателя;
–
наибольший момент по нагрузочному
графику;
–
коэффициент допустимой перегрузки
двигателя.

Соседние файлы в папке Раздел 1. Электропривод

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Содержание

1. Выбор электродвигателя для кратковременной нагрузки
2. Выбор электродвигателя для повторно-кратковременной нагрузки
3. Выбор электродвигателя для продолжительного режима работы
4. Данные, необходимые для выбора электродвигателя
5. Выбор электродвигателя по мощности

Производственные механизмы разного предназначения (станки, насосы и т.д.) работают бесперебойно во время всего гарантийного срока службы, если при выборе электродвигателя учтены такие критерии и факторы, как:

• характер нагрузки агрегата;
• длительность цикла его работы;
• механическая характеристика;
• тип нагрузки.

Чтобы подобрать двигатель, который не будет перегреваться при определенной нагрузке, нужно знать изменения нагрузки на валу и вычислить возможную величину потери мощности при эксплуатации.

Ошибки при выборе электродвигателя приводят к:

• нарушению процесса производства;
• большим затратам электроэнергии;
• уменьшению объема производимой продукции.

Поэтому вы должны обращать внимание на то, чтобы:

• механические свойства двигателя соответствовали исполнительному механизму;
• агрегат использовался на максимальной мощности во всех режимах работы;
• температура его узлов при самой высокой нагрузке не превышала допустимую норму нагрева, но приближалась к ней;
• конструктивное исполнение двигателя соответствовало условиям окружающей среды и рабочей машины;
• двигатель эксплуатировался согласно параметрам электропитания.

Данные, определяющие номинальный режим работы агрегата, содержатся в прилагаемом к нему паспорте.

Выбор электродвигателя для кратковременной нагрузки

Кратковременный характер предполагает короткие периоды включения при постоянной нагрузке двигателя и длительные паузы полного охлаждения. Выбор электродвигателя для кратковременной нагрузки должен осуществляться с учетом того, чтобы мощность, отвечающая кратковременной нагрузке, превышала длительную мощность, тем самым обеспечивая тепловую перегрузку агрегата в период работы. Номинальная мощность при этом должна равняться мощности нагрузки.

Выбор электродвигателя для повторно-кратковременной нагрузки

При повторно-кратковременном режиме период времени, необходимый для полного нагрева двигателя, значительно превышает период его работы, а время полного охлаждения больше, чем паузы между периодами включения.

Самый точный, но трудоемкий способ расчета мощности двигателя для работы в повторно-кратковременном режиме – метод средних потерь. Метод эквивалентных величин удобнее. В этом случае среднеквадратичные (эквивалентные) величины определяются в зависимости от графика нагрузки.

Выбор электродвигателя для продолжительного режима работы

При продолжительном режиме двигатель работает при неизменной нагрузке в течение длительного периода, при этом температура всех его узлов также остается неизменной. Выбор электродвигателя для продолжительного режима работы должен быть сделан с учетом того, чтобы его мощность незначительно превышала мощность нагрузки.

Данные, необходимые для выбора электродвигателя

Для грамотного подбора электродвигателя необходимо иметь следующие данные:

• Наименование и тип рабочей машины (исполнительного механизма).
• Диапазон частот вращения вала агрегата.
• Мощность (максимальная) на валу – для продолжительного режима и постоянной нагрузки, или график момента сопротивления/изменения мощности – для остальных режимов.
• Величина пускового момента, обеспечиваемая двигателем на приводном валу рабочего оборудования.
• Способ соединения вала двигателя с исполнительным механизмом.
• Передаточное число и род передачи (если конструкция предусматривает наличие кинематических передач).
• Нижнее и верхнее значение частот вращения, соответствующие им величины моментов и мощностей.
• Характеристики и особенности среды, в которой будет эксплуатироваться электродвигатель.
• Число включений привода в течение 60 минут.
• Характер (ступенчатый, плавный) частоты вращения.

Выбор электродвигателя по мощности

Уровень мощности двигателя должен соответствовать характеру нагрузки исполнительного механизма, который определяется по:

• изменению величины потребляемой мощности;
• номинальному режиму работы.

Правильно подобранный по мощности агрегат:

• при работе достигает номинального нагрева;
• обладает достаточной перегрузочной способностью;
• обеспечивает достаточный пусковой момент.

Покупать двигатель с запасом мощности нецелесообразно, так как это приводит к увеличению эксплуатационных расходов, недоиспользованию ресурсов машины и снижению КПД.

В паспорте электродвигателя указаны его номинальные данные. Для удобства потребителей и облегчения выбора двигателя ГОСТом установлены восемь номинальных режимов, маркированные S1-S8 согласно международной классификации.

Завод-изготовитель дает гарантию полного использования двигателя в тепловом отношении, если он эксплуатируется при номинальной нагрузке в номинальном режиме.

Во многих отраслях промышленности имеются различные производственные механизмы, работающие в длительном режиме. Нагрузка двигателя в этом режиме остается неизменной в течение всего рабочего времени. Выбор мощности двигателя для таких механизмов не составляет труда, если известна мощность, потребляемая производственным механизмом. В этом режиме работы нет необходимости проводить проверку двигателя ни по нагреву, ни по перегрузке. Выбор двигателя по указанной мощности производственного механизма, можно быть уверенными, что она является наиболее допустимой с точки зрения нагрева.

Естественно, что при пуске и торможении двигателя ток будет больше, чем при номинальной нагрузке, но пусковой ток не стоит принимать во внимание, так как время пуска несоизмеримо со временем работы. Например, время работы таких производственных механизмов составляет от нескольких недель до нескольких месяцев. При этом время пуска в большинстве случаев не достигает и 1 часа. К таким производственным механизмам относятся насосы, вентиляторы и компрессоры.

Определение мощности электродвигателя для насоса:

P_нас = [(V·γ·H) / (η_нас·η_пер)]·10^-3 кВт

V – производительность насоса (м3/час);
γ – плотность перекачиваемой жидкости;
H – напор;
η_нас – КПД насоса;
η_пер – КПД передачи.

H = H₁ + H₂ + H₃ + H₄

H₁ – высота всасывания, то есть расстояние от уровня жидкости до оси насоса.
H₂ – высота нагнетания, то есть расстояние от оси насоса до наивысшей точки потребления.
H₃ – напор, учитывающий потери во всасывающем и нагнетающем трубопроводах. Потери возникают на поворотах, в запорных вентилях, в задвижках.
H₄ – свободный напор, обеспечивающий вытекание жидкости при неработающем насосе.

После расчета выбирается электродвигатель по каталогу из условия, что мощность двигателя должна быть больше либо равна мощности насоса.

P_дв ≥ P_вент

P_вент = [(V·h) / (η_вент·η_пер)]·10^-3 кВт

η_вент – КПД вентилятора;
η_пер – КПД передачи;
V – объем перекачиваемого воздуха;
h – напор.

Пантерный мухомор описание.