Selectarea motoarelor electrice pentru echipamente cu diferite tipuri de sarcină și moduri de funcționare

Selectarea corectă a motoarelor electrice pentru mecanismele de producție asigură funcționarea continuă și fiabilă a acestora pe toată durata de viață standard. Acesta este un proces foarte important în care trebuie luați în considerare mulți factori și criterii diferiți. Unul dintre cei mai importanți factori este luarea în considerare a naturii și tipului sarcinii.

Iată toate criteriile de luat în considerare atunci când alegeți: Cum să alegi motorul electric potrivit

La alegerea motoarelor electrice pentru diverse mașini, instalații și mașini, este necesar să se țină cont de diferitele tipuri de sarcină, de tipul de caracteristici mecanice, de natura și durata ciclurilor de lucru ale acestor mecanisme.

Știind cum se va schimba sarcina pe arborele motorului electric selectat, este posibil să se determine cu exactitate cum se vor schimba pierderile de putere în timpul funcționării și, datorită acestui lucru, alegeți un motor electric care, lucrând la o anumită sarcină, nu se va supraîncălzi. . Temperatura maximă de încălzire a izolației motorului electric nu va depăși valoarea admisă pe parcursul întregului ciclu de lucru.

Selectarea incorectă a motoarelor electrice a mecanismelor de producție duce la întreruperea proceselor de producție și duce la pierderi de produse fabricate și la costuri suplimentare cu energia electrică.

Echipamentele electrice cu motoare electrice trebuie să îndeplinească pe deplin cerințele procesului tehnologic.

Alegerea unuia dintre tipurile de motoare electrice din catalog este considerată corectă dacă sunt îndeplinite următoarele condiții:

• cea mai completă corespondență a motorului electric cu mașina de lucru (mecanismul de antrenare) în ceea ce privește proprietățile mecanice. Aceasta înseamnă că motorul electric trebuie să aibă o astfel de caracteristică mecanică, încât să poată furniza motorului valorile necesare de viteză și accelerație în stare staționară și tranzitorie;

• utilizarea maximă a puterii motorului electric în toate modurile de funcționare. Temperatura tuturor părților active ale motorului electric în cele mai severe moduri de funcționare ar trebui să fie cât mai aproape posibil de temperatura de încălzire admisă, dar să nu o depășească;

• compatibilitatea motorului electric cu motorul și condițiile de mediu în ceea ce privește proiectarea;

• conformitatea motorului electric cu parametrii sursei de alimentare.

Pentru a alege un motor electric, sunt necesare următoarele date:

• tipul și numele mecanismului de antrenare;

• puterea maximă a arborelui, dacă modul de funcționare este continuu și sarcina este constantă, iar în alte cazuri, grafice ale modificărilor puterii sau momentului de rezistență al arborelui în funcție de timp;

• frecvența de rotație (sau intervalul de frecvență de rotație) a arborelui de antrenare;

• metoda de articulare a mecanismului de antrenare cu arborele motorului electric (în prezența transmisiilor cinematice sunt indicate tipul transmisiei și raportul de transmisie);

• cantitatea de cuplu de pornire pe care trebuie să o furnizeze motorul electric arborelui de antrenare;

• limitele de reglare a vitezei (valori superioare și inferioare și valorile corespunzătoare de putere și cuplu);

• calitatea cerută (netezime, gradație) a controlului vitezei;

• frecvența de activare a unității în decurs de o oră;

• caracteristicile mediului extern.

Selectarea unui motor electric pe baza tuturor condițiilor și a datelor nominale se efectuează conform cataloagelor.

Posibilele moduri de funcționare ale acționărilor electrice se disting printr-o varietate uriașă în ceea ce privește natura și durata ciclurilor, valorile de sarcină, condițiile de răcire, raportul dintre pierderile de pornire și funcționarea fără probleme etc., prin urmare producția de motoare electrice pentru fiecare. a posibilelor moduri de funcționare a unei acționări electrice nu are sens practic.

Pe baza analizei modurilor reale, se identifică o clasă specială de moduri - moduri nominale, pentru care sunt proiectate și fabricate motoarele în serie.

Datele conținute în pașaportul unei mașini electrice se referă la un anumit mod nominal și se numesc datele nominale ale unei mașini electrice.

Producătorii garantează că atunci când motorul electric funcționează în modul nominal la sarcină nominală, este utilizat pe deplin termic.

Actualul GOST oferă 8 moduri nominale, care, în conformitate cu clasificarea internațională, au simbolurile S1 - S8.

Funcționare continuă S1 — funcționarea mașinii la o sarcină constantă pentru un timp suficient de lung pentru a atinge o temperatură constantă a tuturor pieselor sale.

Funcționare pe termen scurt S2 — funcționarea mașinii la o sarcină constantă pentru o perioadă de timp insuficientă pentru ca toate părțile mașinii să atingă temperatura setată, urmată de oprirea mașinii pentru un timp suficient pentru a răci mașina la o temperatură de cel mult 2 °C de la temperatura mediului ambiant. Pentru munca pe termen scurt, durata perioadei de lucru este de 15, 30, 60, 90 de minute.

Funcționare intermitentă S3 — o secvență de cicluri de funcționare identice, fiecare dintre acestea incluzând timpul de funcționare continuă cu sarcină în timpul căruia mașina nu se încălzește până la temperatura setată și timpul de parcare în timpul căruia mașina nu se răcește la temperatura ambiantă.

În acest mod, ciclul de lucru este astfel încât curentul de pornire nu afectează semnificativ creșterea temperaturii. Durata ciclului este insuficientă pentru a atinge echilibrul termic și nu depășește 10 minute. Modul se caracterizează prin valoarea duratei includerii în procente:

Motoarele produse de industrie pentru acest mod de funcționare sunt caracterizate de un ciclu de funcționare (PV), care este definit de durata unui ciclu de funcționare

unde tp este timpul de funcționare a motorului; tp — timp de pauză.

Valori standardizate ale duratei de includere: 15, 25, 40, 60% sau valori relative ale duratei perioadei de lucru: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60. Pentru modul S3, datele nominale corespund doar unui anumit ciclu de funcționare și se referă la perioada de funcționare.

Modurile S1 — S3 sunt în prezent principalele, datele nominale pentru care sunt incluse de către fabricile locale de vehicule electrice în cataloagele și pașaportul mașinii.

Citiți mai multe despre el aici: Moduri de funcționare ale motoarelor electrice

Pentru o selecție rezonabilă a motorului în ceea ce privește puterea, este necesar să se cunoască modul în care sarcina arborelui motorului se modifică în timp, ceea ce, la rândul său, face posibilă evaluarea naturii modificării pierderilor de putere.

În plus, este necesar să se stabilească modul în care decurge procesul de încălzire a motorului ca urmare a eliberării pierderilor de energie în acesta. Această abordare vă permite să alegeți motorul în așa fel încât temperatura maximă a izolației înfășurării să nu depășească valoarea admisă. Această condiție este una dintre principalele pentru asigurarea funcționării fiabile a motorului pe toată durata de viață a acestuia.

Alegerea puterii motorului electric trebuie făcută în funcție de natura sarcinilor de pe mașina de lucru. Acest caracter este evaluat pe două motive:

• în funcție de modul nominal de funcționare;

• prin modificări ale cantităţii de energie consumată.

Puterea motorului trebuie să îndeplinească trei condiții:

• încălzire normală în timpul funcționării;

• capacitate suficientă de suprasarcină;

• cuplu de pornire suficient.

Alegerea motoarelor electrice cu așa-numitele„Rezerva de putere”, bazată pe cea mai mare sarcină posibilă conform programului, duce la subutilizarea motorului electric și, prin urmare, la creșterea costurilor de capital și a costurilor de exploatare datorită factorilor de putere și eficienței reduse. Creșterea excesivă a puterii motorului poate duce, de asemenea, la smucituri în timpul accelerației.

Dacă motorul electric trebuie să funcționeze mult timp cu o sarcină constantă sau ușor în schimbare, atunci determinarea puterii sale nu este dificilă și se efectuează conform formulelor. Este mult mai dificil să alegeți puterea motoarelor electrice în alte moduri de funcționare.

Sarcina pe termen scurt se caracterizează prin faptul că perioadele de includere sunt scurte, iar pauzele sunt suficiente pentru răcirea completă a motorului electric. În acest caz, se presupune că sarcina motorului electric în timpul perioadelor de comutare rămâne constantă sau aproape constantă.

Pentru ca motorul electric să fie utilizat corect pentru încălzire în acest mod, este necesar să îl alegeți astfel încât puterea sa continuă (indicată în cataloage) să fie mai mică decât puterea corespunzătoare sarcinii de scurtă durată, adică. motorul electric are o suprasarcină termică în perioadele de funcționare pe termen scurt...

Dacă perioadele de funcționare ale motorului electric sunt semnificativ mai mici decât timpul necesar pentru încălzirea sa completă, dar pauzele dintre perioadele de pornire sunt semnificativ mai scurte decât timpul de răcire completă, atunci există încărcare repetată pe termen scurt.

Calculul puterii și selectarea motorului pentru funcționare continuă

Cu o sarcină constantă sau ușor variabilă pe arbore, puterea motorului ar trebui să depășească doar puțin puterea sarcinii.În acest caz, condiția trebuie îndeplinită

Pn ≥ P,

unde Pn este puterea nominală a motorului; P — puterea de sarcină. Alegerea unui motor se rezumă la alegerea lui din catalog.

Selectarea puterii motorului pentru funcționare continuă. Dacă cuplul și puterea mecanismului de producție nu se modifică, atunci trebuie selectat un motor cu o putere nominală Pn egală cu puterea sarcinii, ținând cont de pierderile în transmisie (cutie de viteze):

Pn ≥ Pm /ηt, W

unde ηt este randamentul transmisiei (cutiei de viteze).

La un moment dat de rezistență a mecanismului de antrenare Ms, N ∙ m și frecvența de rotație a arborelui de ieșire al cutiei de viteze n2, rpm

Pm = Mc ∙ ω2, W

unde ω2 = 2π ∙ n2 / 60, rad / s

Pentru unele mecanisme de producție care funcționează în regim continuu cu un moment constant de rezistență a arborelui, există formule aproximative pentru determinarea puterii motoarelor.

Calculul puterii și selectarea motorului pentru sarcina pe termen scurt

Motoarele pentru funcționarea pe termen scurt a acționării electrice sunt selectate în funcție de puterea lor nominală, care trebuie să fie egală cu puterea de sarcină, ținând cont de durata de funcționare. Valorile standard admise pentru motoarele produse de industrie pentru funcționare pe termen scurt sunt 10, 30, 60, 90 de minute.

În absența motoarelor cu serviciu intermitent, pot fi instalate motoare cu serviciu intermitent. În acest caz, un timp de funcționare de 30 de minute corespunde unui ciclu de lucru = 15%, 60 de minute corespunde unui ciclu de lucru = 25% și 90 de minute corespund unui ciclu de lucru = 40%.În ultimă instanță, este posibilă utilizarea motoarelor pentru funcționare continuă cu Pn < P și verificarea ulterioară a acestora pentru condițiile termice.

Calculul puterii și selectarea motorului pentru sarcină intermitentă

Pentru o acţionare electrică care funcţionează în modul intermitent, puterea motorului este calculată folosind metoda pierderii medii sau valori echivalente. Prima metodă este mai precisă, dar necesită mai multă muncă. Este mai convenabil să folosiți metoda valorilor echivalente În funcție de programul de încărcare dat P = f (t), M = f (t), I = f (t), se determină valorile pătratice medii, care sunt numit echivalent.

Puterea echivalentă este puterea RMS a diagramei de sarcină

unde t1, t2, …, tk — intervale de timp în care puterea de sarcină este egală cu P1, P2, …, respectiv Pk.

Conform catalogului, pentru valorile obținute ale Reqv și PV, puterea nominală a motorului este selectată din condiția Pn ≥ REKV.

Dacă este dată diagrama M = f (t), atunci momentul echivalent

iar puterea echivalentă la viteza n este dată de expresia

Req = Meq • n / 9550 (kW).

Dacă este dată diagrama I = f (t), curentul echivalentului de încălzire

Valoarea calculată a PVr diferă adesea de valorile standard, prin urmare fie valoarea obținută a PVr este rotunjită la cea mai apropiată valoare standard, fie puterea echivalentă este recalculată folosind formula

În timpul funcționării, se observă suprasarcini de scurtă durată care depășesc puterea nominală a motorului. Ele nu afectează semnificativ încălzirea motoarelor, dar pot duce la o funcționare incorectă sau blocare. Prin urmare, motorul trebuie verificat pentru capacitatea de suprasarcină conform expresiei

Pm / Pn = ku ∙ Mm / Mn,

unde Pm este cea mai mare putere din diagrama de sarcină; Mm / Mn — multiplu al cuplului maxim este determinat de catalog; coeficientul ku = 0,8 ia în considerare posibila cădere de tensiune în rețea.

Dacă această condiție nu este îndeplinită, atunci un motor cu o putere mai mare trebuie selectat din catalog și verificat din nou pentru capacitatea de suprasarcină.

Vezi și pe acest subiect: Alegerea unui motor pentru funcționare intermitentă

Industria produce o serie de motoare cu sarcină intermitentă:

• macarale asincrone cu rotor veveriță din seria MTKF și cu rotor de fază în seria MTF;

• seria metalurgică similară MTKN și MTN;

• DC seria D.

Mașinile din seria specificată sunt caracterizate de forma unui rotor alungit (ancoră), care asigură o reducere a momentului de inerție. Pentru a reduce pierderile eliberate în înfășurarea statorului în timpul tranzitorii, motoarele din seriile MTKF și MTKN au o alunecare nominală crescută snom = 7 ÷ 12%. Capacitatea de suprasarcină a motoarelor din seria macaralei și metalurgice este de 2,3 — 3 la ciclu de lucru = 40%, care la ciclu de lucru = 100% corespunde cu λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.