Общая методика выбора двигателей

Важнейшей задачей при проектировании электропривода является выбор двигателей по мощности. В большинстве случаев возникает задача предварительного выбора двигателя по мощности с последующей проверкой его по условиям нагрева и допустимой перегрузки, которая в большинстве случаев может быть решена методом последовательного приближения. Действительно, для выбора двигателя по мощности необходимо знать величину момента М на валу двигателя, возникающего в процессе работы механизма в соответствии с уравнением движения одномассовой системы с постоянным моментом инерции

, (8.5)

где – момент инерции привода, приведённый к валу двигателя,

; (8.6)

- момент инерции первого вала;

- момент инерции -го вращающегося элемента;

- передаточное число от первого вала к вращающемуся элементу;

- поступательно движущаяся масса;

- радиус приведения -ой поступательно движущейся массы к валу двигателя;

;

- линейная скорость движения -ой массы;

- скорость вала двигателя.

Как видно из уравнений (8.5), (8.6), определить значение при рассчитанных значениях невозможно, так как в величину приведённого момента инерции привода входит момент инерции ещё не выбранного двигателя, который в ряде случаев, особенно в редукторном приводе, составляет от суммарного .

Еще сложнее задача будет при её решении с учётом допустимого нагрева и перегрузочной способности двигателя. Вместе с тем, строгое решение этой задачи вряд ли необходимо, поскольку мы имеем весьма ограниченные возможности по шкале мощности двигателей, выпускаемых электротехнической промышленностью (в частности, для крупных и специальных двигателей).

Поэтому в инженерной практике целесообразен другой подход, когда на первом этапе проектирования намечается к установке некоторый двигатель и проводятся инженерные расчёты по нагреву и перегрузке, а затем уже делаются выводы о правильности предварительно выбранного двигателя и о возможности его использования. Может случиться так, что предварительно выбранный двигатель не проходит или по нагреву, или перегрузке, и тогда необходимо выбрать другой двигатель и произвести повторные расчёты по нагреву и перегрузке.

Кроме выбора двигателя по мощности, необходимо также знать

тип исполнения, выбор которого зависит от условий окружающей среды и условий охлаждения;

1) режим работы электропривода (длительный, кратковременный, повторно-кратковременный и т.д.);

2) номинальное напряжение двигателя: в случае питания от сети оно задано техническими условиями, при питании от отдельного преобразователя оно принимается проектировщиком, в последнем случае этот вопрос решается в тесной связи с задачей выбора силового преобразователя;

3) способ возбуждения для двигателей постоянного тока и синхронных двигателей;

4) номинальную и максимальную скорости вращения двигателя, соответствующие заданной скорости рабочего органа.

В соответствии с требованиями технологии необходимо выбрать тип привода, руководствуясь при этом заданным диапазоном регулирования скорости, требуемой точности, быстродействия, требованиями к пусковым и тормозным режимам, надёжности, стоимости и т.д.

В основном вопросе, выбора двигателя по мощности, следует руководство­ваться следующими соображениями:

1. Предварительный выбор двигателя по мощности может быть выполнен на основании средних за рабочий цикл величин момента или мощности статической нагрузки, а именно

; (8.7)

, (8.8)

где , - приведенный к валу двигателя момент и мощность статической нагрузки, соответствующие - му участку рабочего цикла нагрузочной диаграммы механизма;

- время работы на - м участке;

- фактическая продолжительность работы,

; (8.9)

- стандартная продолжительность включения (0,15, 0,25, 0,40, 0,60, 1,0);

– коэффициент, учитывающий отличие нагрузочной диаграммы двигателя от нагрузочной диаграммы механизма.

При наличии в рабочем цикле заметных динамических нагрузок во время периодов пуска, торможения, реверса, изменения скорости, наброса и сброса нагрузки следует принимать большие значения .

Кроме того, желателен запас ( %), учитывающий неточность заданных или рассчитанных величин нагрузок, а также совершенствование технологии произ­водства, приводящее, как показывает опыт, к росту нагрузок. Этим оправдываются и дополнительные электромашиностроительные запасы в виде так называемых сервис-факторов, составляющих для прокатных двигателей 115 % нагрузки длительно и 125 % в течение 2 часов.

2. Может быть принят за основу наибольший момент, требуемый от двига­теля по технологии или условию работы в аварийных режимах (например, обеспече­ние максимального усилия реза для ножниц, сталкивателей; возможность работ; - скиповой лебёдки с одним двигателем и т.п.). В этом случае мощность мо­жет быть найдена по формуле

, (8.10)

где - максимальный статический момент, приведённый к валу двигателя;

- коэффициент запаса;

- перегрузочная способность намечаемого к установке двигателя;

- номинальная скорость.

3. Могут быть приняты во внимание рекомендации технической литературы, а также опыт работы аналогичных установок.

4. Иногда решающее значение в выборе двигателя играют его вес и габариты, суммарный момент инерции, требование надёжности. Так случается, например, при размещении оборудования на поворотной платформе экскаватора, на верхней площадке прокатных клетей, на кране, на существующих фундаментах при реконструкции электроприводов и т.п.

Проверка двигателя по условиям нагрева состоит в сопоставлении определённым образом параметров номинального режима работы с параметрами режима, в котором двигатель работает в конкретной системе электропривода.

Для проведения такого сопоставления необходимо для предварительно выбранного двигателя рассчитать и построить упрощённую нагрузочную диаграмму электропривода. Под упрошённой нагрузочной диаграммой понимают зависимости , , , рассчитанные и построенные без учета переходных процессов в соответствии с тахограммой работы электропривода на основании уравнения движения.

Теперь, когда определены статические моменты, момент инерции, приведенные к валу двигателя, скорость на отдельных этапах работы двигателя, ускорения, замедления привода, можно приступить к построению нагрузочной диаграммы. Последовательность расчета диаграммы зависит от условий работы, приведенных в за­дании на проектирование. Чаще всего заданным является ускорение и замедление, установившиеся скорости вращения на отдельных этапах (подъёмники, моталки) или зависимости (рольганги, слитковозы, главный привод клетей прокатных станов).

Если тахограммы нет, то её нужно рассчитать по законам равноускоренного (равнозамедленного) движения, основываясь на величинах задан­ного пути, времени работы, пауз, установившихся значений скоростей, ускорений (замедлений), определить время разгона, установившегося движения, замедления, паузы. В зависимости от условий задания решение этой задачи может меняться, но окончательно проектировщик должен получить нужную по условиям технологии тахограмму работы двигателя, выполнение которой должен обеспечить электропри­вод. На этом этапе проектирования целесообразно проверить двигатель на возможность обеспечения средних пусковых и тормозных моментов, исходя из условия, чтобы каждый из них не превышал

.

Фактически допустимо использование двигателя по значениям момента ещё больше приближающимся к номинальному, но желательно несколько ограничить это приближение, основываясь на учёте переходных процессов. Здесь нужно ещё раз оценить правильность решения при выборе двигателя и в случае необходимости при­нять другой.

В практике проектирования электроприводов нередки такие случаи, когда ускорения (замедления) приводов не заданы. В этих случаях для расчета нагрузочной диаграммы необходимо cначала задаться средними значениями пусковых и тормоз­ных моментов, а затем из заданного пути, общего времени цикла и установившихся значений скорости, определить по законом равноускоренного движения время разго­на, установившегося движения, торможения и паузы.

Для выбора средних пусковых и тормозных моментов не существует стро­гих рекомендаций. Их величина зависит от системы электропривода, от требований технологического процесса, системы управления и т.п. Однако начинающим проек­тировщикам можно рекомендовать следующее.

Для приводов постоянного тока (система ТП-Д), переменного тока (система ПЧ-АД) с подчинённым регулированием координат можно принять пусковой момент равным

(8.11)

Отсюда определить динамический момент

­ . (8.12)

Это же значение динамического момента принять и при торможении. Тогда значение тормозного момента двигателя определится по уравнению

. (8.13)

Время пуска и время торможения в этом случае найдётся по уравнению

, (8.14)

где – установившееся значение скорости, соответствующее .

Угол поворота вала двигателя за время пуска, торможения

. (8.15)

При равноускоренном (замедленном движении)

, (8.16)

где - ускорение (замедление).

Тогда

.(8.17)

При движении с установившейся скоростью

. (8.18)