45983

Расчет мощности и выбор электродвигателя для различных режимов работы

Лекция

Физика

Определение номинальной мощности электродвигателя (ЭД) для работы в длительном режиме с постоянной нагрузкой сводится к расчету мощности – исполнительного механизма, приведенной к валу двигателя (с учетом К.П.Д. передач, редукторов и т.д.).

Русский

2014-03-28

67.6 KB

258 чел.

ТЕМА ЛЕКЦИИ 9

Расчет мощности и выбор электродвигателя для различных  режимов работы

ПЛАН ЛЕКЦИИ

  1.  Расчет мощности и выбор электродвигателя для длительного режима работы

а) Метод средней мощности нагрузки

б) Метод средних потерь

в) Метод эквивалентных величин (тока, момента, мощности)

     2. Расчет мощности и выбор электродвигателя для повторно-кратковременного режима работы

     3. Расчет мощности и выбор электродвигателя для кратковременного режима работы

Расчет мощности и выбор электродвигателя для длительного режима работы

      Определение номинальной мощности электродвигателя (ЭД)  для работы в длительном режиме с постоянной нагрузкой сводится к расчету мощности – исполнительного механизма, приведенной к валу двигателя (с учетом К.П.Д. передач, редукторов и т.д.). Затем по полученной мощности исполнительного механизма в каталогах выбирают ЭД с номинальной мощностью большей или равной мощности исполнительного механизма(  )(предварительно выбраны род тока, U,  и конструктивное исполнение двигателя).

Номинальная мощность, указанная в каталоге является той наибольшей мощностью, при которой ЭД может длительно работать без опасности перегрева.

При постоянной нагрузке привода специальной тепловой проверки не делают (не требуется). При тяжелых условиях пуска проверяют, достаточен ли развиваемый ЭД пусковой момент.

Номинальная мощность электродвигателя  при длительной переменной нагрузке

Определение номинальной мощности электродвигателя (ЭД)  при длительной переменной нагрузке производят:

  1. По методу средних потерь;
  2. По методу эквивалентных величин (тока, момента, мощности);
  3. Предварительно по методу средних величин нагрузки;

Эти методы заключаются в тепловой проверке предварительно выбранного двигателя.

                            Метод средней мощности нагрузки

С начала  ориентировочно рассчитывают предварительную мощность двигателя –  по  средней мощности нагрузки – :

                      (9-1)

где:    – коэффициент запаса по мощности;

– промежутки времени, в течении которых сохраняются постоянные значения мощности;

 –  расчитанная предварительная мощность;

–  мощность в промежуток времени .

Промежутки времени  берут из диаграммы работы длительного режима с переменной нагрузкой. В каждый промежуток времени  – привод работает с  разной нагрузкой .

По предварительной мощности  в каталоге выбирают ЭД с номинальной мощностью , а затем одним из методов проверяют ЭД по нагреву.

Выбор ЭД по средней мощности  нагрузки не точен, так как не учитывает квадратичной зависимости переменных потерь от тока . При больших колебаниях нагрузки  средняя мощность оказывается заниженной.

Если при работе двигателя по известному графику  в длительном режиме с переменной нагрузкой выбрать ЭД по наибольшей мощности нагрузки, то мощность окажется завышенной, а если выбрать по минимальной мощности нагрузки – мощность ЭД окажется заниженной.

Применение ЭД завышенной мощности увеличивает капитальные затраты, снижает К.П.Д. и ,  производительность и надежность электропривода, сокращает срок службы.

По вышеизложенным причинам выбор номинальной мощности ЭД при переменной длительной нагрузке проводят методом средних потерь и методом эквивалентных величин.

                                     

 Метод средних потерь

При постоянной номинальной  нагрузке на валу двигателя

 = const

мощность потерь остаётся так же постоянной

= const.

При изменяющейся нагрузке изменяется и мощность потерь.

Считается (принимается), что двигатель нагревается одинаково, если средняя мощность потерь  за время цикла работы при переменной нагрузке равна мощности потерь при постоянной номинальной нагрузке:

Это допущение справедливо, если продолжительность цикла много меньше продолжительности нагревания ЭД до установившейся температуры.

При расчёте методом средних потерь, сначала для, предварительно  

выбранного двигателя определяют номинальные потери :

                     (9-2)

и потери на каждом участке графика нагрузки.  (1)

Затем находят средние потери по формуле:

                                      (9-3)

И проверяют выполнение условия

Если значение  более чем на 10% превышает , то выбирают другой двигатель и повторяют расчет. Этот метод достаточно точный и применим к выбору двигателей любого типа, но трудоемкий.

Метод эквивалентных величин (тока, момента, мощности)

 

        Переменные потери в двигателе пропорциональны квадрату тока нагрузки . Изменяющиеся по значению токи нагрузки заменяют эквивалентным неизменяющимся током, который выделяет в двигателе ту же теплоту, что и изменяющиеся токи. Из выражения для  можно получить формулу для определения эквивалентного тока, заменив  на :

                       (9-4)

Найденный эквивалентный ток сравнивают с током для двигателя, выбранного по каталогу. Двигатель выбран правильно, если номинальный ток , предварительно выбранногопо каталогу двигателя, больше или равен рассчитанному эквивалентному току .

                                                      (9-5)

На практике чаще приходится рассматривать графики моментов электромеханической системы или мощностей. Если момент двигателя пропорционален току, формула эквивалентных токов превращается в формулу эквивалентного момента:

                             (9-6)

Выбор ЭД произведен правильно, если номинальный момент предварительно выбранного двигателя больше или равен рассчитанному эквивалентному моменту:

                                                      (9-7)

Если скорость двигателя при изменении нагрузки изменяется незначительно, то можно, для выбора двигателя, определить эквивалентную мощность:

                                               (9-8)

или:

                                (9-10)

Условием правильного выбора будет превышение или равенство номинальной мощности выбранного ЭД по отношению к .

                                                (9-11)

Методы эквивалентных величин (момента и мощности) неприменимы для двигателей постоянного тока (ДПТ) с последовательным возбуждением, так как для ДПТ момент не пропорционален току.

Если пуск двигателя происходит под нагрузкой, выбранный двигатель подлежит обязательной проверке по мгновенной  перегрузочной способности  и пусковому моменту.

Мгновенная перегрузочная способность:

                                            (9-12)

Значение  приводят в таблице 9-1.

Таблица 9-1. Перегрузочная способность  для различных двигателей.

Наименование двигателя

ДПТ общего назначения

2

ДПТ специального назначения (тяговые)

3….4

АД с фазным ротором

2…2.5

АД с к.з. ротором нормального исполнения

1.8…3

АД глубокопазный си с 2й беличьей клеткой

1.8…2.7

Синхронные двигатели (СД)

2…2.5

СД специального назначения

3….4

Коллекторные переменного тока

2….3

Если максимальный момент нагрузки больше, чем ЭД может развить, выбирают ЭД большей мощности.

Расчет мощности и выбор электродвигателя для повторно-кратковременного и кратковременного режимов работы

         Раньше рассматривали, что повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения ПВ %. Каждому стандартному значению ПВ соответствует значение номинальной мощности , с которой ЭД может долго работать не перегреваясь. То есть один и тот же ЭД при повторно-кратковременной работе может использоваться при различных нагрузках. Чем больше ПВ (длительность периода работы), тем меньше должна быть нагрузка двигателя (меньше мощность  – меньше нагрев)

         Расчет мощности ЭД, работающего в повторно кратковременном режиме, проводят следующим образом. По нагрузочной диаграмме механизма предварительно выбирают ЭД со средней мощностью . Затем строят нагрузочною диаграмму моментов  или токов . По нагрузочной диаграмме ЭД проверяют на допустимый нагрев.

          Если время пуска примерно равно длительности работы, то нагрузочные диаграммы механизма и двигателя не совпадают.

По нагрузочной диаграмме определяют действительное значение

 

          ,

эквивалентную мощность  или эквивалентный момент :

                           (9-13,9-14)

Затем эквивалентную мощность (или ) пересчитывают для ближайшего стандартного значения  по упрощенным формулам (не учитывающим постоянные потери в двигателе):

                                    (9-15)

По каталогу выбирают ЭД с номинальной мощностью  или   так, чтобы для выбранного двигателя выполнялось условие

.                                                   (9-16)

Выбранный двигатель проверяют на перегрузочную способность.

Расчет мощности и выбор электродвигателя для кратковременного режима

      Для кратковременного режима работы промышленность выпускает ЭД кранового типа с продолжительностью работы 15, 30, 60 и 90 минут, для каждой продолжительности указана соответствующая номинальная мощность.

Мощность двигателя для кратковременного режима работы определяют по методу эквивалентных величин с последующим выбором в каталоге.

Для режима кратковременной нагрузки с мощностью  ( мощность кратковременного режима) могут быть использованы ЭД, пердназначенные для работы в  длительном режиме, с номинальной мощностью . Двигатели длительного режима можно кратковременно перегружать мощностью  > большей номинальной, в течение   короткого промежутка времени , за которое перегрев не превысит допустимый .

         Если ЭД предназначенный для длительного режима, работает кратковременно в течении времени  с мощностью , (при его номинальная мощность ), а  к концу рабочего периода его температура не достигнет максимально допустимого значения , то  двигатель будет недогружен и не использован полностью по нагреву.  Пунктирная кривая (Рис.9.1)  показывает зависимость температуры превышения двигателя над температурой окружающей среды  при длительном режиме работы с номинальной мощностью  .

Рис.9.1 Нагрев двигателя при кратковременном режиме работы   показан сплошной линией,  – допустимая, номинальная, температура превышения двигателя над температурой окружающей среды,  – длительность кратковременной работы). Пунктирная кривая (Рис.9.1)  показывает зависимость температуры превышения двигателя над температурой окружающей среды при длительном режиме работы с номинальной мощностью длительного режима  .

                    При выборе двигателей длительного режима для кратковременной работы  их номинальную мощность выбирают из условий механической перегрузки. Для полного использования ЭД длительного режима в кратковременном режиме необходимо, чтобы в конце рабочего периода за время  его температура достигла значения  (кривая – 3, Рис.9.1). При этом ЭД должен развивать мощность –

Рассмотрим пример: кратковременная мощность нагрузки  кВт, коэффициент механической перегрузки по мощности  равен двум.

 = 2                                                       (9-17)

Ориентировочная мощность электродвигателя   определяется из соотношения (9-17):

По каталогу ближайший ЭД с большей  – номинальной мощностью АД-АОП-62-4 имеет параметры:

перегрузочная способность по максимальному моменту

где:  – коэффициент механической перегрузки.

        Проверяем перегрузочную способность выбранного по каталогу ЭД. Для этого рассчитаем моменты , ,  и сравним их:

        Максимальный и пусковой моменты с учетом возможного снижения напряжения на 10% составляют:

Рассчитаем статический  момент сопротивления нагрузки :

 

   Следовательно, по механической перегрузке ЭД – АОП-62-4 пригоден, но его пусковой момент () меньше момента сопротивления нагрузки () и поэтому этот ЭД не преодолеет механическую нагрузку в   при пуске.

Следующим по каталогу более мощным будет ЭД АОП-63-4 с .  Его следует проверить только по пусковому моменту.

        При проектировании электропривода удобно пользоваться коэффициентом механической перегрузки:

        Для большинства АД нормального исполнения перегрузочная способность по мощности,, определяемая электромагнитными свойствами, не превышает 2,5. Это значение коэффициента механической перегрузки ,5 будет меньше примерно при , где T – постоянная времени нагрева ().

        По условиям нагрева в более короткие периоды работы, длительность которых меньше постоянной времени нагрева  (), двигатель мог бы иметь большую нагрузку, но это недопустимо по его перегрузочной способности.

        Таким образом, полное по нагреву использование ЭД длительного режима возможно только при более длительных периодах работы.

Кроме того следует учитывать, что различные части ЭД по разному нагреваются и поэтому к концу рабочего периода  одни части ЭД будут перегреваться и ограничивать нагрузку ЭД, другие же по нагреву будут недоиспользованы.

         При использовании в кратковременном режиме ЭД длительного режима работают с показателями, превышающими номинальные данные, благодаря чему их перегрузочная способность уменьшается.

        Ввиду указанных выше обстоятельств изготавливают специальные двигатели кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы. Продолжительность работы, которых  в кратковременном режиме работы, составляет в  минутах, для разных продолжительностей включения следующие соотношения времени работы двигателя и времени цикла  - 30/15; 60/25; 90/40.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10589. Устройство дополнительных входных узлов при перепрофилировании помещений нижних этажей (жилые, не жилые помещения) 22.5 KB
  Устройство дополнительных входных узлов при перепрофилировании помещений нижних этажей жилые не жилые помещения. При реконструкции и модернизации зданий с учетом перепрофилирования первых этажей и подвалов с размещением в них нежилых помещений по составу предус
10590. Фасады реконструируемых зданий с учетом новых теплозащитных и архитектурно-художественных свойств 2.26 MB
  Фасады реконструируемых зданий с учетом новых теплозащитных и архитектурнохудожественных свойств. Фасадные системы предназначены для использования в новом строительстве а также при капитальном ремонте и реконструкции существующих зданий в целях придания зданию со
10591. Космоцентризм. Античная философия 60.5 KB
  Античная философия: космоцентризм Античная философия возникла в греческих городах-государствах полисах на рубеже VII-VI вв. до н.э. Первая стадия досократовская VIIV вв. до н.э.. Представители: Милетская школа Гераклит Эфесский элейская школа Пифагор и его послед...
10592. Философия Возрождения: антропоцентризм (XV –XVI вв.) 50 KB
  Философия Возрождения: антропоцентризм XV XVI вв. С XV века происходят изменения в социально-экономической и духовной жизни Западной Европы. Она характеризуется возникновением мануфактур техническими открытиями и нововведениями самопрялка ткацкий станок водяное к...
10593. Немецкая классическая философия во второй половине XVIII века 56 KB
  Немецкая классическая философия В Германии во второй половине XVIII века сформировалось новое направление немецкая классическая философия. Ее представители: Кант дуалист Фихте субъективный идеалист Шеллинг объективный идеалист Гегель объективный идеали
10594. Отечественная философия XIX - начала XX веков 82.5 KB
  Отечественная философия XIX начала XX веков Русская философия начинает свое существование с XIX века. Основная тема которая на протяжении почти целого столетия занимала умы русской интеллигенции историческая судьба России ее прошлое настоящее и будущее ее историче...
10595. Предмет и цель математического моделирования 19.24 KB
  Предмет и цель математического моделирования. В развитии различных областей человеческой деятельности математика оказывала и оказывает существенное влияние. Ее роль складывалась исторически и зависела от двух факторов: степени развития математических понятий и ма
10596. Математическое моделирование системы индукционного нагрева 32.53 KB
  Математическое моделирование системы индукционного нагрева. Система индукционного нагрева представляет собой в общем случае источник питания индуктор нагреваемое тело и окружающую среду. Источник питания будь то генератор повышенной частоты тиристорный п...
10597. Тепловая задача. Основные положения. Критерии и числа подобия 67.46 KB
  Тепловая задача. Основные положения. Критерии и числа подобия В настоящее время существует немало как аналитических так и численных методов решения тепловых задач для тел цилиндрической и прямоугольной формы. В случае нагрева тел более сложной формы для решения п...