Výběr elektromotorů pro zařízení s různými typy zatížení a provozními režimy

Správný výběr elektromotorů pro výrobní mechanismy zajišťuje jejich nepřetržitý a spolehlivý provoz po celou dobu standardní životnosti. Jedná se o velmi důležitý proces, kde je třeba zvážit mnoho různých faktorů a kritérií. Jedním z nejdůležitějších faktorů je zohlednění charakteru a druhu zátěže.

Zde jsou všechna kritéria, která je třeba zvážit při výběru: Jak vybrat správný elektromotor

Při výběru elektromotorů pro různé stroje, instalace a stroje je nutné vzít v úvahu různé typy zatížení, typ mechanických charakteristik, charakter a trvání pracovních cyklů těchto mechanismů.

Díky znalosti toho, jak se bude měnit zatížení hřídele zvoleného elektromotoru, je možné přesně určit, jak se budou během provozu měnit výkonové ztráty, a díky tomu vybrat elektromotor, který se při dané zátěži nebude přehřívat. . Maximální teplota ohřevu izolace elektromotoru nepřekročí během celého pracovního cyklu přípustnou hodnotu.

Nesprávný výběr elektromotorů výrobních mechanismů vede k narušení výrobních procesů a vede ke ztrátám vyráběných produktů a dodatečným nákladům na elektrickou energii.

Elektrická zařízení s elektromotory musí plně odpovídat požadavkům technologického postupu.

Volba jednoho z katalogových typů elektromotorů je považována za správnou při splnění následujících podmínek:

• nejúplnější soulad elektromotoru s pracovním strojem (pohonným mechanismem) z hlediska mechanických vlastností. To znamená, že elektromotor musí mít takovou mechanickou charakteristiku, aby dokázal poskytnout pohonu potřebné hodnoty rychlosti a zrychlení ve stacionárním i přechodném stavu;

• maximální využití výkonu elektromotoru ve všech provozních režimech. Teplota všech aktivních částí elektromotoru v nejnáročnějších provozních režimech by měla být co nejblíže přípustné teplotě ohřevu, ale neměla by ji překročit;

• kompatibilita elektromotoru s pohonem a podmínkami prostředí z hlediska konstrukce;

• soulad elektromotoru s parametry napájecího zdroje.

Pro výběr elektromotoru jsou vyžadovány následující údaje:

• typ a název hnacího mechanismu;

• maximální výkon hřídele, pokud je provozní režim kontinuální a zatížení konstantní, a v ostatních případech grafy změn výkonu nebo momentu odporu hřídele v závislosti na čase;

• frekvence otáčení (nebo rozsah frekvence otáčení) hnacího hřídele;

• způsob kloubového spojení hnacího mechanismu s hřídelí elektromotoru (v přítomnosti kinematických převodů je uveden typ převodu a převodový poměr);

• velikost rozběhového momentu, který musí elektromotor poskytnout hnací hřídeli;

• limity regulace rychlosti (horní a spodní hodnoty a odpovídající hodnoty výkonu a točivého momentu);

• požadovaná kvalita (plynulost, gradace) regulace rychlosti;

• frekvence aktivace pohonu do hodiny;

• charakteristiky vnějšího prostředí.

Výběr elektromotoru na základě zvážení všech podmínek a jmenovitých údajů se provádí podle katalogů.

Možné režimy provozu elektrických pohonů se vyznačují obrovskou rozmanitostí, pokud jde o povahu a trvání cyklů, hodnoty zatížení, podmínky chlazení, poměr startovacích ztrát a plynulého chodu atd., Proto výroba elektromotorů pro každý z možných režimů provozu elektrického pohonu nemá praktický smysl.

Na základě analýzy reálných režimů je identifikována speciální třída režimů — nominální režimy, pro které jsou sériové motory konstruovány a vyráběny.

Údaje obsažené v pasu elektrického stroje se vztahují k určitému nominálnímu režimu a nazývají se nominálními údaji elektrického stroje.

Výrobci zaručují, že když elektromotor pracuje ve jmenovitém režimu při jmenovité zátěži, je plně tepelně využit.

Současný GOST poskytuje 8 nominálních režimů, které mají v souladu s mezinárodní klasifikací symboly S1 — S8.

Continuous duty S1 — provoz stroje při konstantní zátěži po dostatečně dlouhou dobu k dosažení konstantní teploty všech jeho částí.

Krátkodobý provoz S2 — provoz stroje při konstantní zátěži po dobu, která není dostatečná pro to, aby všechny části stroje dosáhly nastavené teploty, s následným zastavením stroje na dobu dostatečnou k ochlazení stroje na teplotu ne vyšší než 2 ° C od okolní teploty . U krátkodobých prací je délka pracovní doby 15, 30, 60, 90 minut.

Přerušovaný provoz S3 — sekvence identických pracovních cyklů, z nichž každý zahrnuje dobu nepřetržitého provozu se zátěží, během níž se stroj nezahřeje na nastavenou teplotu, a dobu parkování, během níž se stroj neochladí na okolní teplotu.

V tomto režimu je pracovní cyklus takový, že zapínací proud významně neovlivňuje nárůst teploty. Doba cyklu je nedostatečná k dosažení tepelné rovnováhy a nepřesahuje 10 minut. Režim je charakterizován hodnotou doby trvání zařazení v procentech:

Motory vyráběné průmyslem pro tento režim provozu se vyznačují pracovním cyklem (PV), který je definován dobou trvání jednoho pracovního cyklu.

kde tp je doba chodu motoru; tp — čas pauzy.

Standardizované hodnoty doby trvání zařazení: 15, 25, 40, 60 % nebo relativní hodnoty doby trvání pracovní doby: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60. Pro režim S3 odpovídají jmenovité údaje pouze určitému pracovnímu cyklu a vztahují se k pracovní době.

V současnosti jsou hlavními režimy S1 — S3, pro které jsou nominální údaje zahrnuty místními továrnami na elektrická vozidla v katalozích a pasu stroje.

Přečtěte si o tom více zde: Provozní režimy elektromotorů

Pro rozumný výběr motoru z hlediska výkonu je nutné vědět, jak se mění zatížení hřídele motoru v čase, což zase umožňuje posoudit charakter změny ztrát výkonu.

Kromě toho je nutné zjistit, jak probíhá proces zahřívání motoru v důsledku uvolňování energetických ztrát v něm. Tento přístup umožňuje zvolit motor tak, aby maximální teplota izolace vinutí nepřekročila přípustnou hodnotu. Tato podmínka je jednou z hlavních pro zajištění spolehlivého provozu motoru po celou dobu jeho životnosti.

Volba výkonu elektromotoru musí být provedena v souladu s povahou zatížení pracovního stroje. Tento charakter se hodnotí ze dvou důvodů:

• podle jmenovitého režimu provozu;

• prostřednictvím změn v množství spotřebované energie.

Výkon motoru musí splňovat tři podmínky:

• normální ohřev během provozu;

• dostatečná přetížitelnost;

• dostatečný rozběhový moment.

Volba elektromotorů s tzv„Výkonová rezerva“, založená na co největší zátěži podle harmonogramu, vede k nedostatečnému využití elektromotoru, a tedy ke zvýšení investičních a provozních nákladů v důsledku snížení účiníků a účinnosti. Nadměrné zvýšení výkonu motoru může také vést k cukání při akceleraci.

Pokud musí elektromotor pracovat po dlouhou dobu s konstantním nebo mírně se měnícím zatížením, pak určení jeho výkonu není obtížné a provádí se podle vzorců. Mnohem obtížnější je volit výkon elektromotorů v jiných režimech provozu.

Krátkodobá zátěž se vyznačuje tím, že doby zařazování jsou krátké a přestávky jsou dostatečné pro úplné ochlazení elektromotoru. V tomto případě se předpokládá, že zatížení elektromotoru během spínacích period zůstává konstantní nebo téměř konstantní.

Aby byl elektromotor v tomto režimu správně využíván pro vytápění, je nutné jej volit tak, aby jeho trvalý výkon (uvedený v katalozích) byl menší než výkon odpovídající krátkodobé zátěži, tzn. elektromotor má v době svého krátkodobého provozu tepelné přetížení...

Pokud jsou doby chodu elektromotoru výrazně kratší, než je doba potřebná k jeho úplnému zahřátí, ale pauzy mezi periodami zapnutí jsou výrazně kratší než doba úplného ochlazení, dochází k opakovanému krátkodobému zatížení.

Výpočet výkonu a výběr motoru pro nepřetržitý provoz

Při konstantním nebo mírně se měnícím zatížení hřídele by měl výkon motoru jen mírně převyšovat výkon zátěže.V tomto případě musí být podmínka splněna

Pn ≥ P,

kde Pn je jmenovitý výkon motoru; P - výkon zátěže. Výběr motoru spočívá v jeho výběru z katalogu.

Volba výkonu motoru pro nepřetržitý provoz. Pokud se točivý moment a výkon výrobního mechanismu nemění, měl by být zvolen motor s jmenovitým výkonem Pn rovným výkonu zátěže s přihlédnutím ke ztrátám v převodovce (převodovce):

Pn ≥ Pm /ηt, W

kde ηt je účinnost převodovky (převodovky).

V daném okamžiku odporu hnacího mechanismu Ms, N ∙ m a frekvence otáčení výstupního hřídele převodovky n2, ot./min.

Pm = Mc ∙ ω2, W

kde ω2 = 2π ∙ n2 / 60, rad / s

Pro některé výrobní mechanismy pracující v kontinuálním režimu s konstantním momentem odporu hřídele existují přibližné vzorce pro stanovení výkonu motorů.

Výpočet výkonu a výběr motoru pro krátkodobou zátěž

Motory pro krátkodobý provoz elektropohonu se volí podle jejich jmenovitého výkonu, který se musí rovnat výkonu zátěže s přihlédnutím k době provozu. Standardní přípustné hodnoty pro motory vyráběné v průmyslu pro krátkodobý provoz jsou 10, 30, 60, 90 minut.

Pokud nejsou k dispozici motory s přerušovaným provozem, lze nainstalovat motory s přerušovaným provozem. V tomto případě doba chodu 30 minut odpovídá pracovnímu cyklu = 15 %, 60 minut odpovídá pracovnímu cyklu = 25 % a 90 minut odpovídá pracovnímu cyklu = 40 %.V krajním případě je možné použít motory pro trvalý provoz s Pn < P a jejich následnou kontrolu na teplotní poměry.

Výpočet výkonu a výběr motoru pro přerušované zatížení

U elektrického pohonu pracujícího v přerušovaném režimu se výkon motoru vypočítá pomocí metody průměrných ztrát nebo ekvivalentních hodnot. První metoda je přesnější, ale pracnější. Výhodnější je použít metodu ekvivalentních hodnot.V závislosti na daném rozvrhu zatížení P = f (t), M = f (t), I = f (t) se určí střední kvadratické hodnoty, které jsou nazývané ekvivalentní.

Ekvivalentní výkon je efektivní výkon diagramu zatížení

kde t1, t2, …, tk — časové intervaly, ve kterých je výkon zátěže roven P1, P2, …, Pk.

Podle katalogu je pro získané hodnoty Reqv a PV zvolen jmenovitý výkon motoru z podmínky Pn ≥ REKV.

Je-li dán diagram M = f (t), pak ekvivalentní moment

a ekvivalentní výkon při rychlosti n je dán výrazem

Požad. = Meq • n / 9550 (kW).

Pokud je uveden diagram I = f (t), proud topného ekvivalentu

Vypočtená hodnota PVr se často liší od standardních hodnot, proto se buď získaná hodnota PVr zaokrouhlí na nejbližší standardní hodnotu, nebo se ekvivalentní výkon přepočítá pomocí vzorce

Během provozu jsou pozorována krátkodobá přetížení, která překračují jmenovitý výkon motoru. Neovlivňují výrazně zahřívání motorů, ale mohou vést k nesprávné činnosti nebo zablokování. Proto je třeba motor zkontrolovat na přetížitelnost podle výrazu

Pm / Pn = ku ∙ Mm / Mn,

kde Pm je nejvyšší výkon v diagramu zatížení; Mm / Mn — násobek maximálního točivého momentu je určen katalogem; koeficient ku = 0,8 zohledňuje možný úbytek napětí v síti.

Není-li tato podmínka splněna, pak je třeba z katalogu vybrat motor s vyšším výkonem a znovu zkontrolovat jeho přetížitelnost.

Viz také k tomuto tématu: Výběr motoru pro přerušovaný provoz

Průmysl vyrábí řadu sérií motorů s přerušovaným zatížením:

• asynchronní jeřáby s rotorem nakrátko v řadě MTKF a s fázovým rotorem v řadě MTF;

• obdobné hutní řady MTKN a MTN;

• DC série D.

Stroje uvedené řady se vyznačují tvarem podlouhlého rotoru (kotvy), který zajišťuje snížení momentu setrvačnosti. Aby se snížily ztráty uvolňované ve vinutí statoru při přechodových dějích, mají motory řady MTKF a MTKN zvýšený jmenovitý skluz snom = 7 ÷ 12 %. Přetížitelnost motorů jeřábové a metalurgické řady je 2,3 — 3 při pracovním cyklu = 40 %, což při pracovním cyklu = 100 % odpovídá λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.