Рекомендации по выбору вида, типа и мощности двигателя электропривода

При занятию эл-привода с долгой неизменной перегрузкой задачка выбора электродвигателя (неизменного тока, асинхронного, синхронного) относительно элементарна.

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

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

Но ежели эл-двигатель привода обязан функционировать в соглашениях регулируемой частоты вращения, реверса, нередких пусков, больших конфигураций перегрузки, то при выборе внешности мотора необходимо сравнить обстановки службы эл-привода с чертами мех-ских черт многообразных внешностей электродвигателей.

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

Важным 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 абсолютно 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 большущим 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 многообразных внешностей движков.

Заявки к жесткости механической свойства в ряде всевозможных случаев прибывают основанием для выбора внешности мотора.

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

Движок неизменного тока труднее по конструкции (из-за наличия коллекторно-щеточного участка), быть достойным дороже, требует наиболее кропотливого ухода в эксплуатации и изнашивается быстрее, чем движок переменного тока Все-таки, в линии случае предпочтение отдается движку неизменного тока, дозволяющему элементарными средствами поменять частоту вращения эл-привода в пространных рубежах.

Тип мотора (его установку) избирают в зависимости от условий 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 необходимо 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.

Основной способ разумен едва при ограниченных рубежах регулирования при всепостоянстве фактора на валу мотора, а 2-ой обеспечивает едва дискретное (ступенчатое) регулирование и фактически приноравливается в главном для маломощных приводов.

В нынешнее время благодаря возникновению мощных полупроводниковых устройств положение в данной области важно поменялось. Современные электронные преобразователи дают потенциал изменять в пространном 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 обязан удовлетворять последующим запросам:

1. надежность в занятию;
2. потенциал трудоспособного состояния в многообразных соглашениях;
3. экономичность в эксплуатации.

Конструкция мотора большей мощности, чем это необходимо по соглашениям службы привода, вызывает лишние утраты энергии при занятию электрической машинки, обуславливает доп капитальные вложения, увеличение массы и габаритов мотора.

Конструкция электродвигателя наименьшей мощности понижает производительность эл-привода и сооружает его службу ненадежной. При всем этом сам эл-двигатель в схожих соглашениях быть может поврежден.

Эл-двигатель необходимо избирать так, чтоб его мощность употреблялась может быть полнее. Во пора службы движок не обязан греться до максимально возможной температуры, в последнем случае на чрезвычайно непродолжительное пора. Не считая того, движок обязан нормально функционировать при вероятных временных перегрузках и развивать пусковой причина на валу тот, тот или другой требуется для обычного функционирования исправного механизма.

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

Выбор мощности для привода с длительным режимом службы при неизменной либо некординально меняющейся перегрузке на валу приходит азбучным. В данном варианте мощность мотора соответственна водиться одинакова мощности перегрузки, а проверки на перегрев и перегрузку во пора службы эл-привода не необходимы (это разъясняется вначале определенными условиями службы электродвигателя). В тоже пора необходимо проверить, достаточен ли пусковой причина на валу мотора для пусковых условий предоставленной электрической машинки.

Мощность длительной перегрузки поступает на основании проверенных практикой теоретических расплат.

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

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

Δр — перепад давления, Па; 

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

η_пер — КПД передачи от мотора к крыльчатке вентилятора.

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

В инженерных расплатах для определения мощности электродвигателя привода при длительной его занятию используют электрические (заработанные экспериментальным методом) формулы, проверенные долгой практикой.

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

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

Это доставляет потенциал использовать к ней упрощенное уравнение прогревания:

где: С — теплоемкость электрической машинки;

Н — теплоотдача машинки;

Q₀ — теплота, выделяемая в машине в единицу времени.

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

Решая это уравнение способом сечения переменных, приобретаем

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

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

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

Величайшее возможное для предоставленной машинки превышение температуры одинаково V_ном. Прямая, параллельная оси абсцисс V_ном пересекает в многообразных точках кривых V(t), соответствующие разнообразным значениям перегрузки электродвигателя.

Абсцисса точки пересечения описывает тот просвет времени t_k, в процесс тот или иной мощность мотора быть может временно одинакова мощности Р_к, доставляющей собой перегрузку по отношению к его номинальной мощности в длительном режиме службы. Кривая прогревания, асимптотически подступающая к V_ном спустя просвет времени t_n, подходит номинальной мощности электродвигателя Р_ном. При отягощениях, наименьших Р_ном, мощность мотора употребляется не полностью. Все-таки, ежели движок загружается до номинальной мощности только на относительно краткое пора, то по сущности он тоже употребляется не на полную мощность. Разумно его кратковременно перегрузить, и чем младше длительность службы, тем преимущественно соответственна водиться эта перегрузка. Граница роста перегрузки мотора по мере убавления длительности включения поступает моментальной перегрузочной мощностью мотора, зависящей от его электромагнитных, мех-ских и коммутационных параметров (наибольшего фактора мощности на валу у асинхронного мотора, условий коммутации щеточно-коллекторного участка у машин неизменного тока и т.п.).

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

График зависимости прогревания и остывания машинки от времени в схожих соглашениях изображен на рис. 4. 

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

Осмотренные способы определения мощности электродвигателя по температурным соглашениям средством теории графиков прогревания призывают веской издержки времени и трудозатратных аналитических расплат. В то же пора графический способ сам по для себя хранит периодические оплошности и в точке точек не доставляет пунктуальных результатов. Графические способы приведены выше едва для того, чтоб наглядно изобразить картину конфигурации нагрева мотора при переменной перегрузке.

В большинстве случаев для этакого выбора мощности электродвигателя приноравливается наиболее азбучные, так-называемые инженерные увольнения, в частности эквивалентного тока. В основание способа эквивалентного тока положено дозволенье, что при переменной перегрузке мотора его средние утраты обязаны водиться одинаковы утратам при длительной (номинальной) перегрузке.

Как понятно из теории электрических машин, мощность утрат мотора складывается из неизменных Р_пост и переменных Р_пер мощностей. Мощность неизменных утрат одинакова 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 последнее неизменным. Ежели ток переменяется за соответствующие промежутки времени, 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 обычной формуле:

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

Способ эквивалентного тока можнож использовать едва при соглашении всепостоянства мощности утрат в магнитопроводе и на трение, а также противодействий обмоток в процесс в итоге рабочего времени Т.

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

При таковых упрощениях можнож считать вертящий причина

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

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

Для роста надежности службы эл-привода рекомендуется проверить, достаточен ли наибольший причина Мтр_mах мотора для того, чтоб удовлетворить запросам кратковременных вероятных перегрузок предоставленного привода; другими словами надлежать водиться выполнено следующее договор: коэффициент перегрузки мотора λ_ном обязан быть по безусловной величине преимущественно дела наибольшего фактора Мтр_mах перегрузки к номинальному фактору мотора, то глодать

На этом выбор вида, внешности 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 порядках 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.