РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Основные положения методики выбора электродвигателей

Выбор конкретного электродвигателя для привода рабочей машины с исполнительным органом является важной задачей, так как часто именно электропривод определяет наиболее существенные техникоэкономические показатели рабочей машины.

Укрупнено выбор ЭД сводится к двум этапам: расчет мощности ЭД и выбор конкретного серийно выпускаемого ЭД.

При расчете мощности ЭД важно получить ее значение, которое обеспечит полностью потребности исполнительного органа рабочей машины на выполнение технологического процесса в статических и динамических режимах с учетом потерь мощности в элементах электропривода.

Если мощность выбранного ЭД недостаточна для выполнения технологического процесса рабочей машины, то рабочая машина может быть неработоспособна или иметь пониженную по сравнению с проектной производительность. Более того, при недостаточной мощности ЭД работает с перегрузкой, что вызывает перегрев изоляции ЭД, ее быстрое старение и преждевременный выход его из строя.

Применение ЭД завышенной мощности для рабочей машины приводит к завышению стоимости машины, работе ЭД с пониженным значением КПД, а для асинхронных ЭД — также с пониженным коэффициентом мощности. В этом случае потребляемая ЭД электрическая энергия нерационально используется, так как имеются неоправданные технически, дополнительные потери энергии и эксплутационные затраты.

Выбор электродвигателя представляет собой задачу, в результате решения которой будет найден двигатель, удовлетворяющий следующим условиям:

  • • обеспечивает заданный технологический цикл рабочей машины;
  • • соответствует условиям окружающей среды;
  • • компонуется с рабочей машиной;
  • • нагревается в процессе работы до нормативных значений температуры.

В общем случае методика выбора электродвигателя включает следующие этапы:

  • • расчет мощности ЭД;
  • • предварительный выбор ЭД;
  • • проверка выбранного ЭД по условиям пуска и перегрузки;
  • • проверка выбранного ЭД по нагреву.

Если выбранный ЭД удовлетворяет указанным условиям проверки по условиям пуска, перегрузки и нагреву, то на этом выбор ЭД заканчивается. Если же выбранный ЭД не удовлетворяет указанным условиям, то выбирается другой ЭД большей мощности и проверка повторяется.

Проверка ЭД по нагреву может выполняться также для работающих ЭД для установления их загрузки и теплового режима.

Рассмотрим методику выбора электродвигателя для случая, когда механическое передаточное устройство выбрано и известны его передаточное число или радиус приведения и КПД.

Первый этап — расчет мощности ЭД. Исходными данными для расчета мощности электродвигателя являются нагрузочная диаграмма и диаграмма частоты вращения (тахограмма) исполнительного органа рабочей машины.

Нагрузочной диаграммой ИО рабочего устройства или машины называется зависимость приведенного к валу ЭД статического момента нагрузки от времени Mc(t). Эта диаграмма рассчитывается на основании технологических данных и физических процессов характеризующих работу ИО рабочих устройств или машин.

Диаграммой скорости (частоты вращения) или тахограммой называется зависимость скорости движения ИО от времени уио(0 или частоты — соио(0- После приведения скорости или частоты вращения ИО к валу ЭД эти зависимости представляются в виде графика co(t).

В качестве примера рассмотрим простые нагрузочную диаграмму и тахограмму рис. 14.1 какого-либо механизма. Из рис. 14.1, а,б следует, что ЭД при работе создает постоянный момент нагрузки на ИО (Мс = const), и движение ИО состоит из участков разгона, движения с установившейся скоростью, торможения и паузы. Продолжительности указанных участков соответственно равны tp,fy,tT,t0, а полное время цикла работы ЭП составляет tn=tp+ty + tT +10.

Для расчета мощности ЭД выбираются номинальный момент и номинальная частота вращения ЭД. Номинальный момент ЭД определяется с учетом опыта проектирования ЭП данного устройства. В некоторых случаях можно определить расчетный номинальный момент ЭД по формуле

где Мс э — эквивалентный момент нагрузки; кзап = 1,1ч-1,3 — коэффициент запаса, учитывающий динамические режимы работы ЭД (работа с повышенными моментами).

Для нагрузочной диаграммы рис. 14.1, а эквивалентный момент Мс.э - Мс= const.

Диаграммы работы рабочего устройства

Рис. 14.1. Диаграммы работы рабочего устройства

Когда момент нагрузки Мс изменяется во времени и нагрузочная диаграмма имеет, например, характер кривой представленной на рис. 14.2, то, прежде всего, осуществляется квантование кривой Mc(t) по времени и по уровню. При этом кривая заменяется ломаной линией с участками, на которых момент Мс, постоянен, а действие момента равно tj.

В этом случае Мв определяется как среднеквадратичная величина

где Md, t, — соответственно момент и длительность для i-ro участка нагрузочной диаграммы.

Номинальная частота вращения (скорость) двигателя определяется для тахограммы рис. 14.1, б движения соном > юуст. Если во время работы исполнительного органа его частота регулируется, то номинальная частота определяется выбранным способом регулирования.

Номинальная расчетная мощность двигателя определяется по формуле

Нагрузочная диаграмма устройства

Рис. 14.2. Нагрузочная диаграмма устройства

Второй этап — из каталога выбирается ЭД ближайшей мощности с частотой равной юном, имеющий конструктивное исполнение, соответствующее условиям работы данной рабочей машины.

Третий этап — выбранный ЭД проверяется по перегрузочной способности. Для этого строится зависимость момента ЭД от времени M(t) с помощью уравнения механического движения, записанного в виде

Динамический момент Мдин определяется суммарным приведенным моментом инерции J и заданным ускорением на участке разгона и замедлением на участке торможения тахограммы со(t) (см. рис. 14.1, б). На рис. 14.1, в представлен график динамического момента при постоянных ускорении и замедлении на этих участках. Зависимость M(t), построенная на основании (14.4) и моментов Мс (см. рис. 14.1, а) и Мдин (см- Рис- 14.1, в) представлена на рис. 14.1, г.

Для проверки выбранного ЭД по перегрузочной способности сопоставляется максимально развиваемый момент двигателя Мтах с максимальным моментом Мь взятым из найденной зависимости M(t). Для рассматриваемого примера должно выполняться следующее соотношение:

Если соотношение (14.5) выполняется, то двигатель обеспечит ускорение на участке разгона (см. рис. 14.1, б). Если нет, график движения на этом участке не может быть обеспечен данным ЭД и необходимо выбирать другой ЭД.

Для ДПТ обычного исполнения Мтах = Мдоп = (1,5-^2,5)Мном для АД с фазным ротором этот момент может быть принят примерно равным к критическому.

При выборе АД с короткозамкнутым ротором двигатель должен быть проверен также по условиям пуска, для чего сопоставляется его пусковой момент Мп с моментом нагрузки при пуске Мс п (момент при со = 0):

Если двигатель удовлетворяет условию (14.6) то он проходит по условиям пуска.

Если выбранный электродвигатель удовлетворяет условиям по перегрузочной способности и условиям пуска, то далее на четвертом этапе осуществляется его проверка по нагреву. Четвертый этап рассматривается в следующих параграфах данной главы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >