Расчёт мощности и выбор электродвигателя

Выбор электродвигателя для какого-либо производственного механизма связан с выбором системы электропривода отвечающей техническим требованиям и экономическим показателям. В свою очередь, надёжность работы электропривода и его экономичность зависят от правильного определения мощности двигателя. Завышение мощности двигателя по сравнению с нагрузкой приводит к излишним капитальным затратам, снижению КПД и коэффициента мощности электропривода. Занижение мощности двигателя по сравнению с нагрузкой приводит к перегреву обмоток двигателя.

Нагрев электропривода возможен лишь до определённых пределов, ограничиваемых допустимой температурой изоляционных материалов. По допустимой температуре изоляционные материалы делятся на шесть классов от 105°С до 180°С. Так, изоляция класса А допускает температуру нагрева до 105°С, класса В – до 130°С, класса F – до 155°С, класса H – до 180°С. Эта температура установлена, исходя из обеспечения требуемого срока службы 15-20 лет при номинальной нагрузке.

Температура двигателя зависит не только от нагрузки, но и от температуры окружающей среды. Для электродвигателей, работающих в общепромышленных установках, она принята равной 40°С. Разность между температурой двигателя и окружающей среды называется превышением температуры.

Температура обмоток двигателя или её превышение над температурой окружающей среды является одним из главных критериев выбора мощности. Перегрев обмоток резко снижает срок службы электродвигателей.

Другим условием выбора является способность двигателя работать в условиях перегрузки и при пуске в ход.

Расчёт и проверку мощности двигателя, выбранного предварительно, производят на основании его нагрузочной диаграммы.

 

Длительный режим

 

В режиме S1, когда нагрузка остаётся неизменной, а температура окружающей среды не отличается от принятой по ГОСТу (40°С), определение мощности сводится к выбору его по каталогу из следующего условия для мощности двигателя:

Р_ном ≥ Р_н (1.19)

 

При переменной нагрузке и продолжительном включении выбор двигателя усложняется. Проверка выбранного предварительно двигателя может быть выполнена через мощность тепловыделения, которая оценивается по величине мощности средних потерь в электродвигателе ΔР_СР. В этом случае используется нагрузочная диаграмма мощности P(t) (рис.1.8).

 

, (1.20)

 

где ΔР_i - мощность потерь в электродвигателе на i – том участке нагрузочной диаграммы,

; (1.21)

 

Р_i - мощность электродвигателя на i – том участке нагрузочной диаграммы;

η_i – коэффициент полезного действия электродвигателя на i – том участке нагрузочной диаграммы.

Средние потери за цикл не должны превышать потерь в двигателе при номинальной нагрузке:

 

ΔР_СР ≤ ΔР_НОМ

 

Для метода средних потерь требуется зависимость КПД электродвигателя от нагрузки η = f(P).

Метод эквивалентных величин менее точен, так как основывается на более грубых допущениях. Он относительно прост и широко используется на практике. Для этого требуется зависимость тока I(t) или нагрузочные диаграмм либо мощности Р(t) либо момента M(t). Можно использовать зависимость тока I(t). По известным из нагрузочных диаграмм переменным мощностям P(t), или моментам M(t), или токам I(t) определяют их эквивалентные величины:

 

; (1.23)

 

; (1.24)

 

(1.25)

 

P P1 P1   P2 Pn Pэкв   …     t1 t2 tn t   Рис.1.8. Нагрузочная диаграмма Р(t) для продолжительного режима работы

 

После вычислений выбор двигателя осуществляется по каталогу из условия:

 

P_ном ³ Р_экв; или М_ном ³ М_экв; или I_ном ³ I_экв. (1.26)

 

Выбранные двигатели проверяются по перегрузочной способности. Максимальный момент, развиваемый двигателем М_max должен превышать максимально возможный момент нагрузки (М_max > M_нmax). Пусковой момент двигателя M_п должен превышать момент нагрузки при пуске (М_п>M). В каталогах приводятся вместе с номинальными данными двигателя либо максимальный и пусковой моменты, либо коэффициенты, позволяющие их определить:

 

К_м=М_max / М_ном, К_п=М_п / М_ном.

 

Для асинхронных двигателей необходимо учитывать возможность снижения напряжения сети. ГОСТ допускает снижение напряжения на выводах двигателей до 5%. На практике учитывается вероятность снижения напряжения в сети до 10%. Так как момент вращения асинхронных двигателей пропорционален квадрату напряжения, то перегрузочная способность и способность пуска под нагрузкой устанавливается из условия:

 

0,8М_max ≥ М_с; 0,8 М_п > М_с. (1.27)

Последнее условие применимо только для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Если указанные условия не выполняются, то выбирают двигатель большей мощности.