Выбор мощности электродвигателя.

Правильный выбор мощности двигателя для того или иного механизма с учетом его технического режима имеет большое значение для технико - экономических и эксплуатационных показателей. Если при выборе мощность ЭД занижена, то ЭД не обеспечит необходимой надежности и долговечности. Зависимость коэффициента мощности от нагрузки показана на графике. Если выбран ЭД завышенной мощности, т.е. с малым коэффициентом загрузки, то он обладает низкими экономическими и энергетическими показателями.

Поэтому стараются подобрать ЭД таким образом, чтобы Рном=Кзап*Рэф.

При этом эффективная мощность определяется при помощи нагрузочной характеристики, а коэффициент запаса вводится с учетом неточности графика нагрузочной характеристики.

Последовательность выбора мощности ЭД:

1. Предварительный выбор мощности: заключается в анализе нагрузочной диаграммы и выборе Кзап.

2. Проверка правильности предварительного выбора по тепловому режиму. Производится с помощью точного анализа.

3. Проверяется по возможности запуска.

4.Проверка правильности выбора по кратковременной механической нагрузки.

5.

Выбор мощности двигателя для продолжительного режима:

А) при постоянной нагрузке.

В этом случае предварительный расчет мощности не требуется, а определяется эффективная мощность механизма с использованием точных или эмпирических выражений, которая в дальнейшем сравнивается с номинальной мощностью двигателя. Существуют определенные формулы для расчета эффективной мощности различных типов механизмов. Если Рэф < Рном, то двигатель выбран правильно. Причем в этом случае это соотношение является критерием правильности выбора и по нагреву, и по условиям правильности пуска, и по критериям качества.

Для любых режимов с изменяющейся нагрузкой выбор мощности представляет собой значительно более сложную задачу и состоит из нескольких стадий, главной из которых является проверка правильности выбора по нагреву. При этом для любого режима наиболее точным методом такой проверки является построение кривой нагрева реального двигателя с учетом его режима с последующим сравнением tуст < tдоп .

Б) при переменной нагрузке.

Пусть нагрузочная диаграмма имеет вид:

Последовательность выбора мощности двигателя:

1. Предварительно выбирается двигатель, для чего сравнивают среднее арифметическое значение мощности по нагрузочной диаграмме с номинальной мощностью по каталогу.

2. Производят проверку правильности выбора двигателя по нагреву. Эту проверку можно осуществить с помощью метода универсальных потерь, поскольку расчет и построение кривых нагрева является сложной и не всегда решаемой задачей.

По заданному графику нагрузки определяются средние потери мощности за рабочий цикл двигателя DРср, которые в дальнейшем сравниваются с номинальными потерями мощности в двигателе.

Если выполняется условие DРср £ DРном, то двигатель соответствует условиям нагрева.

DР1,DР2,…,DРn - потери мощности на каждом участке нагрузочной диаграммы;

hi - КПД на i-ом участке нагрузочной диаграммы

3. Проверка правильности выбора по условиям пуска (по возможности запуска). Для этого Мпуска ³ М1, если не выполняется, то выбирают двигатель либо с улучшенными пусковыми свойствами, либо большей мощности.

4. Производят проверку двигателя по кратковременной механической перегрузке. Для этого критический момент двигателя по его паспорту сравнивают с максимальным моментом по его диаграмме.

Если условие 4 выполняется, то двигатель выбран правильно, если не выполняется, то выбирается двигатель или с большей перегрузочной способностью или с большей мощностью.

Однако несмотря на то, что метод средних потерь является достаточно точным и универсальным, т.е. может быть применен для любого типа двигателя, возникают некоторые затруднения. Поэтому в инженерных расчетах чаще всего применят менее точные и универсальные методы эквивалентных величин, к которым относят:

А) метод эквивалентных токов

Б) метод эквивалентных моментов

В) метод эквивалентных мощностей.

Метод эквивалентных токов:

Основан на том, что реальный ток, соответствующий нагрузочной диаграмме и соответственно изменяющийся, заменяется неким эквивалентным током, который за рабочий цикл выделяет в двигателе такое же количество тепла, что и реально изменяющийся ток.

При этом потери мощности в двигателе:

Последовательность выбора по данному методу:

1. Предварительно выбирают двигатель по нагрузочной диаграмме;

2. Проверка правильности выбора по нагреву: Iном ³ Iэкв;

3. Проверяется возможность пуска

4. Перегрузочная способность.

Метод эквивалентных токов среди всех методов является более универсальным и может быть использован для любого типа двигателя.

Метод эквивалентных моментов:

Основан на пропорциональности электромагнитного момента двигателя току:

M=KФI; M º I. Критерий правильности выбора двигателя Мном ³ Мэкв.

Чаще всего нагрузочная диаграмма ЭП задается именно в координатах М(t) , поэтому с этой точки зрения метод эквивалентных моментов является более удобным. Однако точная пропорциональная зависимость М(I) характерна только для ДПТ с НВ. Для АД момент кроме того зависит и от коэффициента мощности cosj. Поэтому применительно к АД этот метод не обеспечивает достаточной точности. Используется обычно для АД малой мощности и в линейной части характеристики.

Метод эквивалентных мощностей:

Основан на пропорциональной зависимости мощности от момента: Р=М×w, Р º М. Критерием правильности выбора является: Рном ³ Рэкв. Из всех перечисленных методов метод эквивалентных мощностей является наименее точным и применяется только для ДПТ с НВ.

Выбор мощности двигателя для кратковременного режима:

Серийно выпускаются двигатели, в паспорте которых задается номинальная длительность включения 10, 30, 60, 90 минут. Кроме того задается КПД при работе в кратковременном режиме и Ркр; в продолжительном hпр и Рпр.

Если изобразить нагрузочную диаграмму и кривую нагрева для двигателя, работающим в кратковременном режиме, то она будет иметь вид:

Если этот двигатель использовать в продолжительном режиме, то необходимо уменьшить нагрузку. Введем понятие о коэффициенте тепловой перегрузки двигателя:

Рт=DРкр/DРпр=tуст/t¢уст=tуст/tдоп .

Последовательность выбора:

В паспорте серийно выпускаемых двигателей для кратковременного режима S2 кроме времени включения указывается мощность при работе в кратковременном режиме, КПД при работе в кратковременном режиме, мощность и КПД в продолжительном режиме.

1. Определяют DРкр и DРпр:

DРкр=Ркр*(1-hкр)/hкр;

DРпр=Рпр*(1-hпр)/hпр;

2. Определяют коэффициент термической перегрузки: Рт=DРкр/DРпр.

3. Тн=tр/(ln(1-Рт)/Рт). Подставляя tр из паспорта и коэффициент термической перегрузки из предыдущего пункта, находим постоянную времени нагрева Тн, с помощью которой можно легко построить кривую нагрева двигателя и по этой кривой выбрать мощность двигателя.

Выбор мощности двигателя для повторно - кратковременных режимов работы:

Для режимов S4 и S5 обычно применяют двигатели серийно выпускаемые для режима S3 со стандартными ПВ%=15;25;40;60% либо двигатели серийно выпускаемые для режима S1. В этом случае при выборе мощности двигателя подразумевается ПВ=100%. Чаще всего в качестве математического аппарата для проверки правильности выбора по нагреву используют метод эквивалентных моментов. При этом в формуле эквивалентного момента введены поправочные коэффициенты, которые имеют обозначение b(), и которые учитывают ухудшение теплоотдачи двигателя во время разгона, торможения, паузы по сравнению с теплоотдачей при работе с w=const.

b2=1; b0=0,5; b1=b3=0,75.

М1 и М3 - средние значения момента за время пуска и торможения;

М2 - момент при работе с номинальной угловой скоростью.

Последовательность выбора мощности двигателя:

1. По нагрузочной диаграмме ориентировочно выбирается двигатель.

2. Производят проверку правильности выбора по нагреву. Для этого:

а) определяют реальную ПВ%: . ПВ%=tр+tп+tт/(tр+tо+tп+tт)100%. По каталогу выбирают ближайшую стандартную ПВ%;

б) по нагрузочной диаграмме определяют эквивалентный момент;

в) Найденное значение Мэкв приводят к стандартной ПВ% и находят Мэквприв:

г) по каталогу выбирают двигатель, у которого Мном ³ Мэквприв.

После этого двигатель проверяют по возможности запуска и кратковременным перегрузкам так же как для S1 с переменной нагрузкой.