Výber elektromotorov pre zariadenia s rôznymi typmi zaťaženia a prevádzkových režimov

Správny výber elektromotorov do výrobných mechanizmov zabezpečuje ich nepretržitú a spoľahlivú prevádzku počas celej štandardnej životnosti. Ide o veľmi dôležitý proces, pri ktorom je potrebné zvážiť mnoho rôznych faktorov a kritérií. Jedným z najdôležitejších faktorov je zváženie charakteru a typu záťaže.

Tu sú všetky kritériá, ktoré je potrebné zvážiť pri výbere: Ako si vybrať správny elektromotor

Pri výbere elektromotorov pre rôzne stroje, inštalácie a stroje je potrebné brať do úvahy rôzne typy zaťaženia, typ mechanických charakteristík, charakter a trvanie pracovných cyklov týchto mechanizmov.

S vedomím, ako sa bude meniť zaťaženie hriadeľa zvoleného elektromotora, je možné presne určiť, ako sa budú meniť výkonové straty počas prevádzky a vďaka tomu zvoliť elektromotor, ktorý sa pri danej záťaži nebude prehrievať. . Maximálna teplota ohrevu izolácie elektromotora počas celého pracovného cyklu neprekročí prípustnú hodnotu.

Nesprávny výber elektromotorov výrobných mechanizmov vedie k narušeniu výrobných procesov a vedie k stratám vyrábaných produktov a dodatočným nákladom na elektrickú energiu.

Elektrické zariadenia s elektromotormi musia plne spĺňať požiadavky technologického procesu.

Výber jedného z katalógových typov elektromotorov sa považuje za správny, ak sú splnené nasledujúce podmienky:

• najkompletnejšia zhoda elektromotora s pracovným strojom (hnacím mechanizmom) z hľadiska mechanických vlastností. To znamená, že elektromotor musí mať takú mechanickú charakteristiku, aby dokázal poskytnúť pohonu potrebné hodnoty rýchlosti a zrýchlenia v stacionárnom a prechodnom stave;

• maximálne využitie výkonu elektromotora vo všetkých prevádzkových režimoch. Teplota všetkých aktívnych častí elektromotora v najťažších prevádzkových režimoch by mala byť čo najbližšie k prípustnej teplote vykurovania, ale nemala by ju prekročiť;

• kompatibilita elektromotora s pohonom a podmienkami prostredia z hľadiska konštrukcie;

• súlad elektromotora s parametrami napájacieho zdroja.

Na výber elektromotora sú potrebné nasledujúce údaje:

• typ a názov hnacieho mechanizmu;

• maximálny výkon hriadeľa, ak je prevádzkový režim nepretržitý a zaťaženie konštantné, a v ostatných prípadoch grafy zmien výkonu alebo momentu odporu hriadeľa v závislosti od času;

• frekvencia otáčania (alebo rozsah frekvencie otáčania) hnacieho hriadeľa;

• spôsob kĺbového spojenia hnacieho mechanizmu s hriadeľom elektromotora (v prítomnosti kinematických prevodov je uvedený typ prevodovky a prevodový pomer);

• veľkosť štartovacieho momentu, ktorý musí elektromotor poskytnúť hnaciemu hriadeľu;

• limity regulácie rýchlosti (horné a dolné hodnoty a zodpovedajúce hodnoty výkonu a krútiaceho momentu);

• požadovaná kvalita (plynulosť, gradácia) regulácie rýchlosti;

• frekvencia aktivácie pohonu do hodiny;

• charakteristiky vonkajšieho prostredia.

Výber elektromotora na základe zváženia všetkých podmienok a menovitých údajov sa vykonáva podľa katalógov.

Možné režimy prevádzky elektrických pohonov sa vyznačujú obrovskou rozmanitosťou, pokiaľ ide o povahu a trvanie cyklov, hodnoty zaťaženia, podmienky chladenia, pomer štartovacích strát a plynulého chodu atď., Preto výroba elektromotorov pre každý z možných režimov prevádzky elektrického pohonu nemá praktický zmysel.

Na základe analýzy reálnych režimov sa identifikuje špeciálna trieda režimov – nominálne režimy, pre ktoré sú sériové motory navrhnuté a vyrobené.

Údaje obsiahnuté v pase elektrického stroja sa vzťahujú na určitý nominálny režim a nazývajú sa nominálne údaje elektrického stroja.

Výrobcovia zaručujú, že keď elektromotor pracuje v menovitom režime pri menovitom zaťažení, je tepelne plne využitý.

Súčasný GOST poskytuje 8 nominálnych režimov, ktoré majú v súlade s medzinárodnou klasifikáciou symboly S1 — S8.

Trvalá prevádzka S1 — prevádzka stroja pri konštantnom zaťažení dostatočne dlhý čas na dosiahnutie konštantnej teploty všetkých jeho častí.

Krátkodobá prevádzka S2 – prevádzka stroja pri konštantnom zaťažení po dobu nedostatočnú na to, aby všetky časti stroja dosiahli nastavenú teplotu, po čom nasleduje zastavenie stroja na čas dostatočný na ochladenie stroja na teplotu nie vyššiu ako 2 ° C od teploty okolia. Pri krátkodobej práci je trvanie pracovného času 15, 30, 60, 90 minút.

Prerušovaná prevádzka S3 — sekvencia rovnakých pracovných cyklov, z ktorých každý zahŕňa čas nepretržitej prevádzky, počas ktorej sa stroj nezohreje na nastavenú teplotu, a čas parkovania, počas ktorého sa stroj neochladí na teplotu okolia.

V tomto režime je pracovný cyklus taký, že nábehový prúd výrazne neovplyvňuje nárast teploty. Doba cyklu je nedostatočná na dosiahnutie tepelnej rovnováhy a nepresahuje 10 minút. Režim je charakterizovaný hodnotou trvania zahrnutia v percentách:

Motory vyrábané priemyslom pre tento režim prevádzky sa vyznačujú pracovným cyklom (PV), ktorý je definovaný trvaním jedného pracovného cyklu.

kde tp je čas chodu motora; tp — čas pauzy.

Štandardizované hodnoty trvania zaradenia: 15, 25, 40, 60 % alebo relatívne hodnoty trvania pracovného obdobia: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60. Pre režim S3 zodpovedajú menovité údaje len určitému pracovnému cyklu a vzťahujú sa na dobu prevádzky.

V súčasnosti sú hlavné režimy S1 — S3, pre ktoré sú nominálne údaje zahrnuté v miestnych továrňach na elektrické vozidlá v katalógoch a pase stroja.

Prečítajte si o tom viac tu: Prevádzkové režimy elektromotorov

Pre rozumný výber motora z hľadiska výkonu je potrebné vedieť, ako sa mení zaťaženie hriadeľa motora v čase, čo následne umožňuje posúdiť charakter zmeny výkonových strát.

Okrem toho je potrebné zistiť, ako prebieha proces zahrievania motora v dôsledku uvoľňovania energetických strát v ňom. Tento prístup vám umožňuje vybrať motor tak, aby maximálna teplota izolácie vinutia neprekročila prípustnú hodnotu. Táto podmienka je jednou z hlavných pre zabezpečenie spoľahlivej prevádzky motora počas celej jeho životnosti.

Voľba výkonu elektromotora musí byť vykonaná v súlade s povahou zaťaženia pracovného stroja. Tento charakter sa hodnotí z dvoch dôvodov:

• podľa nominálneho režimu prevádzky;

• prostredníctvom zmien množstva spotrebovanej energie.

Výkon motora musí spĺňať tri podmienky:

• normálne zahrievanie počas prevádzky;

• dostatočná kapacita preťaženia;

• dostatočný rozbehový moment.

Voľba elektromotorov s tzv„Výkonová rezerva“, založená na čo najväčšom zaťažení podľa harmonogramu, vedie k nedostatočnému využitiu elektromotora, a teda k zvýšeným kapitálovým a prevádzkovým nákladom v dôsledku zníženia účinníkov a účinnosti. Prílišné zvýšenie výkonu motora môže viesť aj k trhaniu pri akcelerácii.

Ak musí elektromotor pracovať dlhú dobu s konštantným alebo mierne sa meniacim zaťažením, potom určenie jeho výkonu nie je ťažké a vykonáva sa podľa vzorcov. Oveľa náročnejšie je zvoliť si výkon elektromotorov v iných režimoch prevádzky.

Krátkodobé zaťaženie sa vyznačuje tým, že doby zaradenia sú krátke a prestávky postačujú na úplné ochladenie elektromotora. V tomto prípade sa predpokladá, že zaťaženie elektromotora počas periód spínania zostáva konštantné alebo takmer konštantné.

Aby sa elektromotor správne využíval na vykurovanie v tomto režime, je potrebné ho voliť tak, aby jeho trvalý výkon (uvádzaný v katalógoch) bol menší ako výkon zodpovedajúci krátkodobému zaťaženiu, t.j. elektromotor má v obdobiach svojej krátkodobej prevádzky tepelné preťaženie...

Ak sú doby prevádzky elektromotora výrazne kratšie ako čas potrebný na jeho úplné zahriatie, ale prestávky medzi periódami zapnutia sú výrazne kratšie ako doba úplného ochladenia, dochádza k opakovanému krátkodobému zaťaženiu.

Výpočet výkonu a výber motora pre nepretržitú prevádzku

Pri konštantnom alebo mierne sa meniacom zaťažení hriadeľa by mal výkon motora len mierne prevyšovať výkon záťaže.V tomto prípade musí byť splnená podmienka

Pn ≥ P,

kde Pn je menovitý výkon motora; P - záťažový výkon. Výber motora spočíva v jeho výbere z katalógu.

Voľba výkonu motora pre nepretržitú prevádzku. Ak sa krútiaci moment a výkon výrobného mechanizmu nezmenia, potom by sa mal zvoliť motor s menovitým výkonom Pn rovným výkonu záťaže, berúc do úvahy straty v prevodovke (prevodovka):

Pn ≥ Pm /ηt, W

kde ηt je účinnosť prevodovky (prevodovky).

Pri danom momente odporu hnacieho mechanizmu Ms, N ∙ m a frekvencie otáčania výstupného hriadeľa prevodovky n2, ot./min.

Pm = Mc ∙ ω2, W

kde ω2 = 2π ∙ n2 / 60, rad / s

Pre niektoré výrobné mechanizmy pracujúce v kontinuálnom režime s konštantným momentom odporu hriadeľa existujú približné vzorce na určenie výkonu motorov.

Výpočet výkonu a výber motora pre krátkodobé zaťaženie

Motory na krátkodobú prevádzku elektrického pohonu sa vyberajú podľa ich menovitého výkonu, ktorý sa musí rovnať výkonu záťaže, berúc do úvahy trvanie prevádzky. Štandardné prípustné hodnoty pre motory vyrábané v priemysle na krátkodobú prevádzku sú 10, 30, 60, 90 minút.

Ak nie sú k dispozícii motory s prerušovanou prevádzkou, je možné nainštalovať motory s prerušovanou prevádzkou. V tomto prípade doba chodu 30 minút zodpovedá pracovnému cyklu = 15 %, 60 minút zodpovedá pracovnému cyklu = 25 % a 90 minút zodpovedá pracovnému cyklu = 40 %.V krajnom prípade je možné použiť motory na nepretržitú prevádzku s Pn < P a ich následnú kontrolu na tepelný stav.

Výpočet výkonu a výber motora pre prerušované zaťaženie

Pre elektrický pohon pracujúci v prerušovanom režime sa výkon motora vypočíta pomocou metódy priemernej straty alebo ekvivalentných hodnôt. Prvá metóda je presnejšia, ale náročnejšia na prácu. Výhodnejšie je použiť metódu ekvivalentných hodnôt.V závislosti od daného rozvrhu zaťaženia P = f (t), M = f (t), I = f (t) sa určia stredné štvorcové hodnoty, ktoré sú nazývané ekvivalentné.

Ekvivalentný výkon je RMS výkon diagramu zaťaženia

kde t1, t2, …, tk — časové intervaly, v ktorých sa výkon záťaže rovná P1, P2, …, Pk.

Podľa katalógu sa pre získané hodnoty Reqv a PV menovitý výkon motora vyberá z podmienky Pn ≥ REKV.

Ak je daný diagram M = f (t), potom ekvivalentný moment

a ekvivalentný výkon pri rýchlosti n je daný výrazom

Požiadavka = Meq • n / 9550 (kW).

Ak je uvedený diagram I = f (t), prúd vykurovacieho ekvivalentu

Vypočítaná hodnota PVr sa často líši od štandardných hodnôt, preto sa získaná hodnota PVr buď zaokrúhli na najbližšiu štandardnú hodnotu, alebo sa ekvivalentný výkon prepočíta pomocou vzorca

Počas prevádzky sa pozorujú krátkodobé preťaženia, ktoré presahujú nominálny výkon motora. Neovplyvňujú výrazne zahrievanie motorov, ale môžu viesť k nesprávnej činnosti alebo zadrhnutiu. Preto treba motor skontrolovať na preťaženie podľa výrazu

Pm / Pn = ku ∙ Mm / Mn,

kde Pm je najvyšší výkon v diagrame zaťaženia; Mm / Mn — násobok maximálneho krútiaceho momentu je určený katalógom; koeficient ku = 0,8 zohľadňuje možný pokles napätia v sieti.

Ak táto podmienka nie je splnená, potom treba z katalógu vybrať motor s vyšším výkonom a znova skontrolovať jeho preťaženie.

Pozri tiež na túto tému: Výber motora pre prerušovanú prevádzku

Priemysel vyrába množstvo sérií motorov s prerušovaným zaťažením:

• asynchrónne žeriavy s veveričkovým rotorom v rade MTKF a s fázovým rotorom v rade MTF;

• podobné hutnícke rady MTKN a MTN;

• DC séria D.

Stroje uvedenej série sa vyznačujú tvarom pretiahnutého rotora (kotvy), ktorý zabezpečuje zníženie momentu zotrvačnosti. Aby sa znížili straty uvoľnené vo vinutí statora pri prechodových javoch, motory radu MTKF a MTKN majú zvýšený menovitý sklz snom = 7 ÷ 12%. Preťažiteľnosť motorov žeriavovej a metalurgickej série je 2,3 — 3 pri pracovnom cykle = 40 %, čo pri pracovnom cykle = 100 % zodpovedá λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.