На головну

Вибір електродвигуна для виробничих механізмів

  1.  Calibration memory. Вибір для збереження градуювання пам'яті, якщо це можливо.
  2.  IX. Чи збігаються цілі навчання в усіх відомих вам дидактичних системах? Обгрунтуйте свій вибір.
  3.  T- критерій Стьюдента і особливості його використання для залежних і незалежних вибірок.
  4.  t-критерій Стьюдента для залежних вибірок
  5.  VII. Підбір електродвигуна для основного насоса
  6.  VIII. Підбір електродвигуна для підпірного насоса
  7.  А. Нормативне застосування теорії раціонального вибору

2.1. Загальні відомості

Роль електродвигуна в електрифікації робочої машини весь час розширюється: з простого джерела рушійної сили і підсобного елемента він перетворюється на потужний засіб удосконалення самої робочої машини і технологічного процесу. Так, застосування регульованого електродвигуна дозволяє скасувати коробку передач: вбудований електродвигун спрощує конструкцію машини і т. П.

Правильно обраний електродвигун повинен мати необхідну номінальну потужність і забезпечувати задану продуктивність робочої машини. Він повинен бути також надійним, довговічним і економічним. Основним завданням при виборі приводного електродвигуна є визначення його потужності. Недостатня потужність електродвигуна сковує продуктивність робочої машини і призводить до передчасного виходу його з ладу через можливих перевантажень. Зайва потужність електродвигуна тягне за собою додаткові капітальні вкладення і збільшує експлуатаційні витрати внаслідок зниження к. П. Д. І коефіцієнта потужності (у асинхронних електродвигунів) з-за його недовантаження.

Вибір електродвигунів виробляється також у зв'язку зі струму і напруги. Для нерегульованих приводів або регульованих в невеликих межах широко застосовуються електродвигуни змінного струму. Для отримання підвищених регулювальних властивостей, а також спеціальних пускових і гальмівних характеристик застосовують електродвигуни постійного струму.

2.2. Нагрівання і охолодження електродвигунів

Процес перетворення енергії в електродвигуні супроводжується втратами, які перетворюються в тепло. Особливо чутлива до підвищення температури ізоляція обмоток машин. Термін служби ізоляції значною мірою визначає термін служби самої машини. Тому найбільша допустима температура електродвигуна визначається, головним чином, ізоляційними матеріалами, застосовуваними при виготовленні обмоток.

ГОСТ 21515-76 ділить ізоляційні матеріали за ступенем нагревостойкости на сім класів. Найбільш поширеними з них для електродвигунів є У, А, Е, В, де У - матеріали з бавовняної пряжі і тканини, з паперу і волокнистих речовин (целюлози і шовку), не просочені рідким діелектриком; допустима робоча температура t°доп= 90 °, А - ті ж матеріали, але просочені t°доп= 105 °; Е - Деякі синтетичні органічні плівки; В - Матеріали з слюди, азбесту і скловолокна, що містять органічні речовини, що пов'язують. Найбільший термін служби для ізоляції при зазначених граничних температурах становить приблизно 15-20 років. Потужність електродвигуна, зазначена на щитку машини або в каталозі, відповідно до стандарту, відноситься до температури навколишнього середовища + 40 ° С.

При вивченні теплових процесів в електродвигуні з метою спрощення задачі приймають такі припущення: електродвигун розглядається як однорідне тверде тіло, всі крапки якого мають однакову температуру і поверхня якого здатна рівномірно розсіювати тепло. У початковий період роботи електродвигуна при незмінному навантаженні виділяється в ньому тепло йде на нагрівання його частин. Температура електродвигуна при цьому швидко підвищується і збільшується віддача тепла в навколишнє середовище. Після певного часу температура електродвигуна, поступово підвищуються, досягає такої величини, при якій всі виділяється тепло буде віддаватися в навколишнє середовище. Тоді подальше зростання температури електродвигуна припиниться: баланс температури електродвигуна при постійному незмінному навантаженні виразиться наступною рівністю:

,

де  - Кількість тепла, що виділяється в електродвигуні в одиницю часу, Дж / сек;

C - Теплоємність електродвигуна, т. Е. Кількість тепла, необхідне для підвищення температури електродвигуна на один градус Дж / ° С;

?- Перевищення температури електродвигуна над температурою навколишнього середовища (температура перегріву), ° С;

А - Тепловіддача електродвигуна, т. Е. Кількість тепла, що віддається електродвигуном в навколишнє середовище в одиницю часу при різниці температур в один градус, Дж / сек ° С.

Рішення рівняння щодо ? дозволяє отримати залежність

де ?у- Усталена величина перегріву електродвигуна, ° С;

?о - Початкове перевищення температури (при ? = 0) ° С;

t - Час, для якого визначається підвищення температури, с;

 - Постійна величина нагріву, що характеризує швидкість наростання температури електродвигуна, сек.

постійну  можна уявити як час, протягом якого електродвигун нагрівся б до сталого значення ?у, Якби не було віддачі тепла в навколишнє середовище.

Якщо в початковий момент включення електродвигун мав температуру навколишнього середовища (т. Е. Електродвигун знаходиться в так званому холодному стані), то ?о = 0 і рівняння нагрівання набуває вигляду: .

залежність  представлена ??кривої на рис.11. Величина є асимптотой цієї кривої. величина ? теоретично може бути рівною ?уприt = ?. Практично процес нагрівання вважається закінченим, коли:

. Наприклад, при .

 т. е. різниця між? и?у менше двох відсотків.

При відключенні від мережі нагрітого електродвигуна він почне охолоджуватися. приплив тіла Qі визначається їм перегрів ?у стає рівним нулю. Прирівнюючи в попередньому рівнянні ?у= 0, Отримаємо рівняння охолодження електродвигуна .

Якщо перегрів електродвигуна в початковий момент охолодження становив ?у, То крива охолодження 2, рис.11 буде дзеркальним уявою кривої нагріву 1.

Рис.11. Графіки потужності і нагріву

З розгляду отриманих рівнянь випливає, що процеси нагрівання та охолодження електродвигуна залежать практично від двох величин: ?у и Т. величина ?у прямо пропорційна кількості тепла, що виділяється, а передусім, втратами в обмотках машини і обернено пропорційна коефіцієнту тепловіддачі, який в значній мірі залежить від вентиляції машини: чим краще вентиляція, тим менше ?у. величина Т залежить від розмірів електродвигуна і його конструкції: чим менше розміри електродвигуна, тим більше його теплоємність.

Електродвигун може періодично або епізодично відключатися від мережі на деякий час. Тому нагрівання електродвигуна в процесі його роботи не залишається постійним, а зазнає змін у часі. Відповідно до стандарту встановлено три основних номінальних режиму роботи електродвигунів в залежності від характеру і тривалості його роботи: тривалий, короткочасний і повторно-короткочасний.

Поддлітельним розуміється режим, при якому протягом періоду навантаження температура електродвигуна досягає сталого значення. Розрізняють тривалий режим з малоизменяющейся / постійної / і змінної навантаженнями. Прикладами механізмів, що працюють в тривалому режимі з малоизменяющейся навантаженням, можуть служити відцентрові насоси, компресори, вентилятори. У тривалому режимі зі змінним навантаженням працюють приводи черпаковой ланцюга і барабанного гуркоту, графіки яких наведені на ріс.11б.

Короткочасним називається режим, при якому в період навантаження температура електродвигуна не досягає усталеного значення, а за час паузи електродвигун встигає охолонути до температури навколишнього середовища. У режимі короткочасного навантаження працюють деякі допоміжні приводи драг: рамопод'емной лебідки, свайної лебідки, механізми саморозвантажних шлюзів і ін. Графіки потужності і перегріву для короткочасного режиму роботи наведені на ріс.11б.

Повторно-короткочасний режим характеризується періодами навантаження і пауз (ріс.11г) причому за період навантаження температура електродвигуна не встигає досягти сталого значення, а за час паузи електродвигун не встигає повністю охолонути. Характерним показником для повторно-короткочасного режиму роботи є так звана відносна тривалість включення, під якою розуміється відношення часу роботи електродвигуна до загальної тривалості циклу. Для кранових електродвигунів ця величина, що позначається ПВ, стандартизована і становить 15, 25, 40 і 60%. Вона вказується на щитку електродвигуна. Прикладами механізмів, що працюють в повторно-короткочасному режимі, можуть служити кранові механізми, носові лебідки драг.

2.3. Вибір електродвигуна при різних номінальних режимах роботи

Тривалий режим роботи. Якщо електродвигун повинен працювати тривалий час з постійною або малоизменяющейся навантаженням, то визначення його потужності виробляється розрахунковим шляхом за емпіричними формулами з урахуванням поправочних коефіцієнтів. Наприклад, розрахункова потужність електродвигуна (потужність на валу) для приводу насоса може бути визначена за формулою:

 , КВт,

де  - Продуктивність насоса, м3/ Сек;

Н - повна висота напору, м;

? - Щільність рідини, н / м3;

 - К. П. Д. Насоса і к. П. Д. Передачі.

Розрахункова потужність електродвигуна Рр повинна бути дорівнює або трохи менше номінальної потужності Рн, Прийнятої за каталогом.

При виборі по каталогу типу електродвигуна слід керуватися наведеними вище міркуваннями щодо умов навколишнього середовища, способу сполучення електродвигуна з робочою машиною, роду струму, напруги, швидкості обертання. До електроприводу пред'являється ряд інших вимог, наприклад, підвищення пускових моментів, ковзання.

Приклад. Визначити потужність і вибрати електродвигун для привода відцентрового насоса продуктивністю  = 0,01 м3с і частотою обертання 1450 об / хв. Розрахункова висота подачі напору води Н = 22 м, к. П. Д. Насоса ?н= = 0,5, к. П. Д. Передачі ?п= 1.

Рішення. Розрахункова потужність на валу електродвигуна, згідно

Приймаємо щодо встановлення асинхронний короткозамкнений електродвигун закритого типу АО2-42-4, Рн= 5,5 кВт, ?н= 1450 об / хв.

Вибір електродвигуна, що працює в тривалому режимі зі змінним навантаженням, проводиться на підставі навантажувального графіка, що представляє залежність струму, моменту, потужності від часу I, M,  . Зразковий вид навантажувального графіка  наведено на рис.11. Тут криволинейная форма графіка з метою спрощення розрахунків замінена ступінчастою з постійним навантаженням на кожній ділянці часу.

Щоб визначити потужність електродвигуна, що працює в тривалому режимі зі змінним навантаженням, необхідно попередньо знайти такий тривалий режим постійної за величиною навантаження; який був би еквівалентний заданим режимом змінного навантаження щодо нагрівання електродвигуна.

Тривалий режим з постійним навантаженням еквівалентний режиму зі змінним навантаженням, якщо в тому і в іншому випадках за один і той же час циклу виділиться один і той же кількість тепла, т. Е. Якщо ,

де  - Кількість тепла, що виділяється в секунду при роботі електродвигуна з постійним навантаженням;

1, 2, 3 - Кількість тепла, що виділяється в секунду при роботі електродвигуна з навантаженнями.

Кількість тепла, що виділяється в секунду, пропорційно втратам в електродвигуні за той же час. Відповідно до цього можна написати, що

Звідси отримуємо формулу (приймаючи R= const), Еквівалентного або середньоквадратичного струму: .

Наведена формула відповідає графіку нагріву з прямокутними ділянками. Якщо графік містить ділянки, де величини струмів не залишаються постійними в окремі періоди часу (рис.12), то еквівалентний струм визначається за формулою .

Наприклад, для ділянок мають вигляд трикутника (t1 на рис. 12), еквівалентний струм буде дорівнює  ; для ділянок, що мають вигляд трапеції (t2, t3, t4 на рис. 12).

Рис.12 Заміна криволинейного графіка навантаження відрізками призмою

маючи значення Iэ вибирають в каталозі електродвигун (знаючи заздалегідь рід струму, напруга, швидкість обертання і інші дані), дотримуючись умову  . Обраний по нагріванню електродвигун повинен бути перевірений на перевантажувальну здатність. Така перевірка потрібна в тих випадках, коли навантажувальний графік містить нетривалі і великі за величиною піки навантаження. При цьому повинна бути виконана умова:

для електродвигунів постійного струму ;

для електродвигунів змінного струму

де ? - Допустимі коефіцієнти перевантаження електродвигуна, прийняті за каталогом;

Iнб - Найбільше значення струму, яке визначається на навантажувального графіка;

0,9 - коефіцієнт, що враховує зниження напруги на 10% в експлуатаційних умовах.

Якщо умова перевантаження не дотримується, необхідно взяти електродвигун, наступний (більший) за шкалою потужності, керуючись при цьому не умовами нагріву, а перевантажувальної здатністю.

Метод еквівалентного струму застосований для електродвигунів будь-яких типів. Для електродвигунів з малоизменяющейся магнітним потоком, в процесі роботи (паралельні електродвигуни постійного струму, асинхронні) метод еквівалентного струму може бути замінений методом еквівалентного моменту:  . Якщо при цьому не змінюється також і швидкість обертання в процесі роботи метод еквівалентного струму може бути замінений методом еквівалентної потужності.

Короткочасний режим роботи. Потужність електродвигуна, що працює в режимі короткочасного навантаження, визначається аналогічними методами, наведеними для тривалого режиму при змінному навантаженні. Вибір електродвигуна слід проводити за спеціальними каталогами. Використання для короткочасної роботи електродвигунів нормальних серій, призначених для тривалого режиму роботи недоцільно, так як в більшості випадків при короткочасному навантаженні електродвигуни не можуть бути використані повністю по нагріванню.

Повторно - короткочасний режим роботи. Потужність електродвигуна, що працює в режимі повторно-короткочасного навантаження, може бути визначена за методом еквівалентних величин - струму або моменту. Метод еквівалентної потужності тут неприйнятний, так як в режимі повторно-короткочасного навантаження протягом всього часу циклу не дотримується пропорційність між струмом електродвигуна і його потужністю.

Для підйомно-транспортних механізмів, що працюють в повторно-короткочасному режимі, слід застосовувати спеціальні кранові електродвигуни, призначені для важких умов роботи - частих пусків, гальмування, значних коливань навантаження, що перевищують номінальну потужність. Електродвигуни мають збільшений пусковий і максимальної моменти, і в такому режимі роботи вони характеризуються відносною тривалістю включення ПВ = 16, 25, 40, 60%, при загальній тривалості циклу роботи 10 хв. Один і той же тип електродвигуна при різних ПВ має різні номінальні потужності. Чим більше ПВ, тим менше його номінальна потужність.

Перерахунок потужності електродвигуна з одного значення ПВ на інше проводиться на підставі наступного наближеного рівності:

Приклад. Є крановий електродвигуни потужністю 20 кВт при ПВ = = 25%. Потрібно визначити, яку потужність може розвинути цей електродвигуни при ПВ = 40%.

Рішення. Користуючись виразом для перерахунку потужності:

.

2.4. Питання для самоперевірки

1. Якими міркуваннями керуються при виборі електродвигуна для приводу?

2. Чому гріються при роботі електродвигуни?

3. Перелічіть класи ізоляції.

4. Дайте визначення теплового балансу електродвигуна при постійному навантаженні.

5. Які конструктивні параметри електродвигуна дозволяють знизити величину перевищення температури електродвигуна над температурою навколишнього середовища.

6. Поясніть закономірність нагріву електродвигуна при тривалому режимі роботи зі змінною навантаженням.

7. Які механізми драг і гідравлік працюють при тривалому режимі з постійної і змінної навантаженням?

8. Перерахуйте механізми кар'єрів і шахт працюють в короткочасному і повторно-короткочасному режимі.

9. Яким символом характеризується повторно-короткочасний режим роботи електродвигуна?

10. Перерахуйте величину ПВ встановлену для кранових електродвигунів.

11. Напишіть рівняння для розрахунку потужності електродвигуна приводу насоса працює в тривалому режимі з постійною або малоизменяющейся навантаженням.

12. Напишіть рівняння для розрахунку кількості тепла, що виділяється двигуном при роботі в тривалому режимі.

13. Намалюйте графік навантаження електродвигуна працюючого в тривалому режимі зі змінним навантаженням.

14. Як вибирається тип електродвигуна для виробничих механізмів?

15. Поясніть смислове значення коефіцієнта перевантаження електродвигуна.



 Регулювання швидкості електроприводів |  Апаратура управління і захисту
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати