2.10. Расчет мощности и выбор двигателя для различных режимов работы

Двигатели электроприводов в производственных условиях могут работать в различных режимах – длительном, повторно-кратковременном, кратковременном номинальных, а также отличных от номинальных. Эти режимы обусловлены особенностями технологических процессов и характером работы производственных механизмов.

Выбор номинальной мощности двигателя, работающего в различных режимах, по каталогу или справочнику состоит в том, что при работе в предназначенном ему режиме гарантируется, что температура его нагрева будет близкой к допустимой, но никогда не превысит допустимое значение. выбор мощности по такому критерию называется выбором по нагреву.

В этом случае по таблицам из каталога или справочника из ряда типоразмеров двигателей принятой серии выбирают типоразмер двигателя ближайшей большей номинальной мощности по отношению к рассчитанному значению, учитывающему режим работы двигателя

Р_ном ≥ Р_расч.

Завышение требуемой мощности двигателя ведет к ухудшению его энергетических показателей (КПД и коэффициента мощности) и, как следствие, к увеличению непроизводительных потерь энергии и удорожанию эксплуатации двигателя.

Занижение требуемой мощности двигателя ведет к тому, что его работа будет сопровождаться чрезмерным перегревом, что приведет к его преждевременному выходу из строя, непредвиденной остановке рабочего механизма, дополнительным расходам на ремонт или замену двигателя.

Для обеспечения надежной работы двигателя необходимо также, чтобы перегрузочная способность и начальная величина пускового момента выбранного типоразмера двигателя соответствовала предъявляемым требованиям.

2.10.1. Определение номинальной мощности двигателя при длительном режиме работы с постоянной нагрузкой

Определение номинальной мощности двигателя при длительном режиме работы с постоянной нагрузкой (рис. 2.1,а) сводится к подсчету мощности Р_расч исполнительного механизма, приведенной к валу двигателя (с учетом КПД передач, редукторов и т.д.). По полученной мощности выбирают по каталогам двигатель с поминальной мощностью наиболее близкой к расчетной при условии

Р_ном ≥ Р_расч.

Номинальная мощность, указанная в каталоге, и является той наибольшей мощностью, на длительную работу с которой без опасности перегрева рассчитан двигатель. При тяжелых условиях пуска необходимо поверить соответствие начальной величины пускового момента выбранного типоразмера двигателя предъявляемым требованиям.

2.10.2. Определение номинальной мощности двигателя при длительном режиме работы с изменяющейся нагрузкой

При длительном режиме работы с изменяющейся нагрузкой (рис. 2.1,б) определение номинальной мощности двигателя выполняется по методу эквивалентных величин.

Для этого режима по справочнику или каталогу выбирается двигатель с номинальной мощностью большей или равной эквивалентной мощности Р_э, определяемой по нагрузочной диаграмме:

Р_ном ≥ Р_э.

Если нагрузочная диаграмма двигателя представляет собой ломаную линию с участками параллельными оси времени (рис. 2.6, а) эквивалентную мощность можно рассчитать

.

Если нагрузочная диаграмма содержит интервалы с линейным изменением величин (рис. 2.6, б), то эквивалентная мощность рассчитывается по формуле

Если нагрузочная диаграмма задана зависимостью момента от времени М=f(t) (рис. 2.7, а и б), то расчет выполняется для эквивалентного момента по формулам аналогичным приведенным ранее.

Д ля нагрузочной диаграммы, имеющей вид, как показано на рис. 2.7, а

.

Для нагрузочной диаграммы, имеющей вид, как показано на рис. 2.7, б

В справочниках и каталогах приведены только номинальные значения мощностей двигателей. Поэтому далее по рассчитанному значению эквивалентного момента определяют эквивалентную мощность

P_э= М_э ∙ω_ном,

где ω_ном = π·n_ном/30 – номинальная частота вращения рабочего органа, рад/сек.

Если нагрузочная диаграмма задана зависимостью тока от времени I=f(t) (рис. 2.8, а и б), то расчет выполняется для эквивалентного тока по формулам аналогичным приведенным ранее.

Для нагрузочной диаграммы, имеющей вид, как показано на рис. 2.8, а

.

Для нагрузочной диаграммы, имеющей вид, как показано на рис. 2.8, б

П о рассчитанному значению эквивалентного тока далее определяют требуемую эквивалентную мощность. Расчет эквивалентной мощности двигателей постоянного тока, асинхронных и синхронных выполняется по-разному.

Для двигателя постоянного тока эквивалентная мощность

P_э=(1,03÷1,07)U_ном I_э ∙η_ном,

где числовой коэффициент учитывает номинальную мощность в цепи возбуждения; значение η_ном выбирают для предварительного расчета из указанного в справочнике диапазона изменения величин КПД в зависимости от мощности двигателя по приближенному значению Р_э.

Выбор двигателя по справочнику выбирается согласно условию

Р_ном ≥ Р_э.

Для асинхронных двигателей эквивалентная мощность на валу двигателя определяется

,

где значения η_ном и cosφ_ном выбирают для предварительного расчета из указанного в справочнике диапазона изменения этих величин в зависимости от мощности двигателя по приближенному значению Р_э.