Рекомендации по выбору вида, типа и мощности двигателя электропривода

При службе эл-привода с длительной неизменной перегрузкой задачка выбора электродвигателя (неизменного тока, асинхронного, синхронного) условно примитивна.

Для эл-привода, не призывающего регулирования скорости в больших спектрах ее конфигурации, рекомендуется использовать синхронные движки. Эта назначение разъясняется тем, что современный синхронный движок пускается в ход также быстро как и асинхронный, а его габариты младше и служба экономичнее, чем асинхронного двджигателя той же мощности (у синхронного мотора выше коэффициент мощности cosφ и главным образом наибольший фактор M_max на валу).

При всем этом у асинхронных движков последнего поколения можнож достаточно результативно регулировать скорость вращения, исполнять реверс с нужным мгновенно для службы эл-привода, но для этого приспосабливаются особые агрегата управления.

Но ежели эл-двигатель привода должен действовать в соглашениях регулируемой частоты вращения, реверса, нередких пусков, больших конфигураций перегрузки, то при выборе облика мотора нужно сравнить обстоятельства службы эл-привода с особенностями мех-ских черт разнообразных обликов электродвигателей.

В электротехнике принято распознавать природную и искусственную мех-ские свойства мотора. Природная черта подходит номинальным (рабочим) договорам его включения, обычной схеме соединений и отсутствию каких-или добавочных ингредиентов в цепях мотора и соединении этих цепей по особым схемам.

Принципиальным аспектом для оценки мех-ских черт электродвигателя служит их твердость:

где: ΔM — изменение фактора на валу мотора;

Δn — изменение скорости вращения ротора мотора.

В зависимости от значения жесткости принято разделять мех-ские свойства на безусловно жесткие, Δn = 0,λ = ∞ (синхронные движки), жесткие, у тот или иной изменение частоты вращения немного λ = 40 ÷ 10 (линейная количество свойства асинхронного мотора, черта мотора неизменного тока с параллельным возбуждением), мягенькиес великим конфигурацией частоты вращения, у тот или иной λ ≤ 10 (черта мотора неизменного тока с поочередным возбуждением, искусственная черта асинхронного мотора с фазным ротором, искусственная черта мотора неизменного тока с параллельным возбуждением).

На рис. 1 представлены природные мех-ские свойства разнообразных обликов движков.

Заявки к жесткости механической свойства в ряде всевозможных случаев приходят основанием для выбора облика мотора.

При нередких запусках и переменчивой перегрузке более надежным, экономичным и обычным в эксплуатации приходит асинхронный движок с короткозамкнутым ротором. При больших мощностях, ежели нереально использовать кратко-замкнутый асинхронный движок, воцаряется асинхронный движок с фазным ротором.

Движок неизменного тока труднее по конструкции (из-за наличия коллекторно-щеточного отдела), заслуживает дороже, вызывает наиболее кропотливого ухода в эксплуатации и изнашивается скорее, чем движок переменного тока Все-таки, в линии случае предпочтение отдается движку неизменного тока, дозволяющему элементарными средствами поменять частоту вращения эл-привода в обширных рубежах.

Тип мотора (его установку) избирают в зависимости от соглашений окружающей среды. Приходится учесть необходимость охраны среды от вероятных искрообразований в движке (при наличие взрывоопасной атмосферы), а также самих движков от попадания в их воды, пыли, хим веществ из окружающей среды.

Во почти всех вариантах в приводах нужно регулировать скорость вращения ротора мотора.

Для регулирования частоты вращения мотора есть два надежных, но важно неидеальных способа:

1. включение резисторов в цепи якорных обмоток ротора;
2. переключение числа пар полюсов обмотки статора.

Главный способ разумен только при узких рубежах регулирования при всепостоянстве фактора на валу мотора, а 2-ой обеспечивает только дискретное (ступенчатое) регулирование и фактически приспосабливается в главном для маломощных приводов.

В нынешнее время благодаря возникновению сильных полупроводниковых устройств положение в этой области важно поменялось. Современные электронные преобразователи приносят вероятность изменять в обширном спектре частоту переменного тока что дозволяет плавненько регулировать скорость вертящегося магнитного поля, а следовательно результативно регулировать частоту вращения асинхронного и синхронного движков.

Лучший выбор мощности электродвигателя для привода должен удовлетворять последующим запросам:

1. надежность в службе;
2. вероятность трудоспособного состояния в разнообразных соглашениях;
3. экономичность в эксплуатации.

Агрегат мотора большей мощности, чем это нужно по договорам службы привода, вызывает лишние утраты энергии при службе электрической машинки, обуславливает доп капитальные вложения, рост массы и габаритов мотора.

Агрегат электродвигателя наименьшей мощности понижает производительность эл-привода и мастерит его занятие ненадежной. При всем этом сам эл-двигатель в схожих соглашениях быть может поврежден.

Эл-двигатель нужно избирать так, чтоб его мощность употреблялась возможно полнее. Во пора службы движок не должен греться до максимально возможной температуры, в последнем случае на чрезвычайно непродолжительное пора. Не считая того, движок должен нормально действовать при вероятных временных перегрузках и развивать пусковой фактор на валу тот, тот или иной требуется для обычного функционирования исправного механизма.

В согласовании с сиим мощность мотора выбирается в большинстве случаев на основании соглашений прогревания до максимально возможной температуры. Делается так-называемый выбор мощности по нагреву. Потом исполняется проверка соответствия перегрузочной возможности мотора договорам запуска машинки и временным перегрузкам. Время от времени, при великий кратковременной перегрузке, приходится избирать движок, исходя из призываемой наибольшей мощности. В схожих соглашениях наибольшая мощность мотора долгое пора, обычно, не применяется.

Выбор мощности для привода с длительным режимом службы при неизменной либо некординально меняющейся перегрузке на валу приходит обычным. В данном варианте мощность мотора соответственна водиться равна мощности перегрузки, а проверки на перегрев и перегрузку во пора службы эл-привода не необходимы (это разъясняется вначале определенными критериями службы электродвигателя). В тоже пора нужно проверить, достаточен ли пусковой фактор на валу мотора для пусковых соглашений принесенной электрической машинки.

Мощность длительной перегрузки обусловливается на основании проверенных практикой теоретических расплат.

Разглядим определенный пример. К примеру, мощность мотора для вентилятора (и не только лишь его, а хоть какого мотора) можнож найти, как

где: V — число нагнетаемого воздуха, мтр³/с²;

Δр — перепад давления, Па; 

η_вен — коэффициент полезного действия (КПД) вентилятора (у крыльчатых вентиляторов он равноправен 0,2 ÷ 0,35);

η_пер — КПД передачи от мотора к крыльчатке вентилятора.

В приведенной формуле творение VΔр рпредставляет из себя полезную мощность вентилятора, а 1000 — коэффициент для перевода мощности в киловатты.

В инженерных увольнениях для определения мощности электродвигателя привода при длительной его службе употребляют электрические (приобретенные экспериментальным методом) формулы, проверенные длительной практикой.

При кратковременном, второй раз-кратковременном и длительном с переменной перегрузкой режимах службы эл-привода главно знать закон конфигурации во периода превышения температуры мотора над температурой окружающей среды.

Электрическая машинка с точки зрения прогревания представляет из себя очень трудное тело. Тем не наименее при инженерных увольнениях, не вызывающих великий точности, можнож считать электрическую машинку однородным телом.

Это доставляет вероятность использовать к ней упрощенное уравнение прогревания:

где: С — теплоемкость электрической машинки;

Н — теплоотдача машинки;

Q₀ — теплота, выделяемая в машине в единицу периода.

Разглядим два последних варианта: t = ∞ и t = 0. При t = ∞ заработаем: Q_odt = HV_maxdt. (4)

Решая это уравнение способом разреза переменных, приобретаем

При t = 0 изначальное превышение температуры будет V = V₀, на основании чего же неизменная A = V_max — V₀, а закон нарастания превышения температуры машинки будет обладать вид

Эким образом превышение температуры машинки V над температурой окружающей среды вырастает по показательному закону, устремляясь к значению V_max. Значение исходного превышения температуры V₀ только изменяет скорость нарастания температуры, не изменяя нрава процесса (рис. 2).

При разнообразных значениях длительной перегрузки одной и той же машинки в спектре мощностей электродвигателя (Р₁, Р₂, … Р_ном, … Р_к, … Р_n) графики V(t) будут различаться только ординатами (рис. 3).

Наивеличайшее возможное для принесенной машинки превышение температуры в равной мере V_ном. Искренняя, параллельная оси абсцисс V_ном пересекает в разнообразных точках кривых V(t), соответствующие различным значениям перегрузки электродвигателя.

Абсцисса точки пересечения описывает тот просвет периода t_k, в движение тот или другой мощность мотора быть может временно равна мощности Р_к, доставляющей собой перегрузку по отношению к его номинальной мощности в длительном режиме службы. Кривая прогревания, асимптотически подступающая к V_ном сквозь просвет периода t_n, подходит номинальной мощности электродвигателя Р_ном. При отягощениях, наименьших Р_ном, мощность мотора применяется не на сто процентов. Все-таки, ежели движок загружается до номинальной мощности только лишь на условно краткое пора, то по сущности он тоже применяется не на полную мощность. Целенаправлено его кратковременно перегрузить, и чем младше длительность службы, тем главным образом соответственна водиться эта перегрузка. Рубеж увеличения перегрузки мотора по мере уменьшения длительности включения обусловливается моментальной перегрузочной мощностью мотора, зависящей от его электромагнитных, мех-ских и коммутационных параметров (наибольшего фактора мощности на валу у асинхронного мотора, соглашений коммутации щеточно-коллекторного отдела у машин неизменного тока и т.п.).

При второй раз-кратковременном режиме эл-двигатель попеременно то греется, то охлаждается. Изменение его температуры в движение периода каждого цикла «включение — выключение» зависит при всем этом от предшествующего теплового состояния.

График зависимости прогревания и остывания машинки от периода в схожих соглашениях представлен на рис. 4. 

Окончательное превышение температуры каждой принесенной доли цикла приходит исходным превышением температуры для следующей доли цикла. Ежели во пора той либо другой доли цикла настает заметное изменение соглашений остывания электрической машинки (остановка мотора либо существенное изменение частоты вращения ротора), то это изменяет значение неизменной периода нагрева машинки τ, что надлежать водиться учтено при теории графиков.

Осмотренные способы определения мощности электродвигателя по температурным договорам средством учения графиков прогревания призывают значительной издержки периода и трудозатратных аналитических расплат. В то же пора графический способ сам по для себя держит периодические оплошности и в баста баста не доставляет пунктуальных результатов. Графические способы приведены выше только для того, чтоб наглядно изобразить картину конфигурации нагрева мотора при переменной перегрузке.

В большинстве случаев для этакого выбора мощности электродвигателя приспосабливается наиболее элементарные, так-называемые инженерные увольнения, в частности эквивалентного тока. В базу способа эквивалентного тока положено дозволение, что при переменной перегрузке мотора его средние утраты соответственны водиться одинаковы утратам при длительной (номинальной) перегрузке.

Как известно из теории электрических машин, мощность утрат мотора складывается из неизменных Р_пост и переменных Р_пер мощностей. Мощность неизменных утрат равна сумме мощности утрат на трение, в магнитопроводе (у асинхронных движков и движков неизменного тока с параллельным возбуждением), на возбуждение у синхронных движков и движков с параллельным возбуждением. Мощность переменных утрат можнож считать пропорциональной квадрату рабочего тока I мотора и противодействию соответствующей обмотки r, при этом приближенно можнож считать бранное неизменным. Ежели ток меняется за соответствующие промежутки периода, то за все рабочее пора Σt=T суммарные утраты энергии в движке будут одинаковы

При переменной перегрузке эквивалентным током I_эк, за то же пора службы электродвигателя Т утраты энергии в движке рассчитываются по наиболее элементарный формуле:

Зная эквивалентный ток, номинальное напряжение и номинальный коэффициент мощности можнож найти номинальную мощность мотора:

Способ эквивалентного тока можнож использовать только при договоре всепостоянства мощности утрат в магнитопроводе и на трение, а также противодействий обмоток в движение в итоге рабочего периода Т.

В ряде всевозможных случаев обстоятельства перегрузки определяют непосредственный фактор, призываемый от мотора, а не ток. Тогда можнож воспользоваться способом эквивалентного фактора: у целых электродвигателей вертящий фактор на валу пропорционален творению тока и магнитного потока. У движков переменного тока (синхронных и асинхронных) можнож приближенно считать неизменным коэффициент мощности cosφ.

При таких упрощениях можнож считать вертящий фактор

где К_вр — неизменная величина, откуда из вышеприведенного выражения для эквивалентного тока I_эк можнож заработать:

Дальше по эквивалентному фактору и номинальной угловой скорости мотора ω_ном рассчитывается номинальная мощность мотора эл-привода:

Для увеличения надежности службы эл-привода рекомендуется проверить, достаточен ли наибольший фактор Мтр_mах мотора для того, чтоб удовлетворить запросам кратковременных вероятных перегрузок предоставленного привода; другими словами надлежать водиться выполнено должно соглашение: коэффициент перегрузки мотора λ_ном обязан быть по безусловной величине главным образом дела наибольшего фактора Мтр_mах перегрузки к номинальному фактору мотора, то грызть

На этом выбор вида, облика и мощности мотора быть может окончен.

Мтр. С. ИВАНОВ, В. Н. ДРАЧКОВ,

Санкт-ПетербургскийГосударственныйИнститут ГражданскойАвиации (СПбГУГА).

Литература

1. А. С. Касаткин, Мтр. В. Немцов. Электротехника: уч. пособие для Вузов. — 5-е издание, переработанное. — Мтр.: Энергия, 2003 грам.
2. В. Ю. Ломоносов и др. Электротехника. Мтр.: Энергоатомиздат, 1990 грам.
3. Грам. Грам. Кудрявцев и др. Микропроцессоры в налаженности технического профилактики средств взаимоотношения и управления — Мтр.: Радио и касательство, 1999 грам.
4. В. Н. Драчков, В. В. Панферов. Электротехника и электроника. Ч.1 Электротехника. Учебное пособие. Академия ГА, 2006 грам.
5. В. Н. Драчков, В. В. Панферов. Электротехника и электроника. Ч. 2 Электротехника. Учебное пособие. Академия ГА, 2004 грам.