Выбор мощности двигателя для продолжительного режима работы

Продолжительный режим работы электродвигателя характеризуется: 1) неизменной нагрузкой (постоянная нагрузка) или мало изменяющейся нагрузкой и 2) продолжительной переменной нагрузкой.

Неизменная нагрузка. Если при работе двигателя момент и мощность рабочей машины не изменяются, то двигатель выбирают с номинальной мощностью Р_н, равной мощности нагрузки рабочей машины P_рм, с учетом потерь мощности в передаточном устройстве с помощью КПД передачи :

_. (4.10)

Существует большое количество механизмов, работающих продолжительное время с неизменной или маломеняющейся нагрузкой без регулирования скорости вращения (насос, вентилятор и т.п.).

Выбор мощности двигателя для подобных случаев может быть проведен на основе теоретических расчетов для наиболее типичных рабочих машин. Например, мощность двигателя для насоса определяется по формуле

, кВт (4.11)

где Q - подача насоса, м³/с; g - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³; Н - напор насоса, Па; h_нас - КПД насоса (для поршневых = 0,8...0,9; для центробежных насосов высокого давления - 0,5...0,8; низкого давления - 0,3...0,6); - к.п.д. передачи от двигателя к насосу; K_З – коэффициент запаса К_з =1,1…1,4.

Мощность двигателя для вентилятора находят из следующего выражения:

, кВт (4.12)

где K_З – коэффициент запаса, учитывающий не выявленные расчетом факторы К_з = 1,05…1,15; Q - подача вентилятора, м³/с; Н – давление, Па (выбирают из расчета подачи воздуха к самой

удаленной точке воздухопровода); h_В, h_П – коэффициент полезного действия вентилятора и передачи (h_В=0,3…0,8, меньшее значение относится к вентиляторам малой мощности).

Мощность двигателя транспортера

, кВт (4.13)

где K_З – коэффициент запаса мощности транспортера, К_з=1,1...1,25; Q – производительность транспортера, кг/с; L – расстояние между осями концевых барабанов, м; Н – высота подъема груза, м; h_п – коэффициент полезного действия механизма редуктора, =0,7...0,82; С – коэффициент, учитывающий местные сопротивления движению, С = 1,5...2,0 для скребковых транспортеров; С = 0,14...0,32 для пластинчатых транспортеров.

Мощность двигателя шнека определяют по формуле

, кВт (4.14)

где Q – производительность, кг/с;

L – длина шнека, м;

H – высота подъема груза, м.

где K_с – коэффициент сопротивления движению материала, для неабразивного (зерно и т.д.) – 1,2…1,85; малоабразивного – 2,5; для абразивного (песок, гравий, цемент) – 3,2; для сильноабразивного и липкого (зола, известь, сера, формовочная земля) – 4,0. [4]

Для металлорежущих станков при работе в установившемся режиме мощность двигателя на резание при точении [3,20]

, кВт (4.15)

где - КПД передачи от двигателя до резца; V_Р – скорость резания при точении, м/мин; F_р – усилие резания при точении, Н.

Мощность двигателя на подачу резца при резании определяется аналогично (4.15), только вместо F_р и V_р берутся F_п – усилие подачи резца при резании, Н; V_п – скорость подачи резца, м/мин.

Рис.4.4. График мощности Р и потерь мощности ΔР двигателя, работающего в продолжительном режиме с переменной нагрузкой

Переменная продолжительная нагрузка. Нагрузка на валу электродвигателя может периодически меняться, при этом периодически меняются потери мощности в двигателе и его температура. Выбирая в этом случае электродвигатель по нагреву, исходят из условия, что средняя температура в двигателе должна равняться температуре, соответствующей номинальному режиму работы. При продолжительной переменной нагрузке, график которой в общем виде показан на рис.4.4, проверку предварительно выбранного двигателя продолжительного режима работы производят по методу средних потерь мощности. Сущность метода заключается в том, что превышение температуры двигателя при неизменной теплоотдаче определяется средними потерями мощности за цикл работы:

, (4.16)

где DP_i – потери мощности на i-м интервале работы двигателя; t_i - продолжительность i-го интервала; n - число интервалов в цикле; t_ц=Σt_i - время цикла.

Найденные средние потери мощности за цикл сопоставляют с номинальными, и если DP_ср £ DP_н, то среднее превышение температуры будет не больше предельно допустимого значения:

(4.17)

Метод средних потерь позволяет оценить тепловой режим работы двигателя по среднему превышению температуры τ_ср; Он дает более точную оценку нагрева двигателя в том случае, когда постоянная времени нагрева двигателя Т_Н значительно превышает значение времени действия переменной циклической нагрузки t_ц (рис. 4.4). Таким образом, при t_ц << Т_Н τ_max≈ τ_ср.