Порядок выбора двигателя по мощности
Выбор двигателя по мощности и проверка его по нагреву осуществляется в следующем порядке.
1.Как указывалось выше, прежде всего, формулируются требования, предъявляемые к системе электропривода технологическими условиями работы механизма.
2.Исходя из названных требований, производится качественный выбор электродвигателя, системы электропривода и способа регулирования скорости (при необходимости).
3. Из технологической карты, регламентирующей режимы работы механизма, определяются его установившиеся скорости за цикл работы.
4.Определяется кинематическая схема электропривода и параметры редуктора ( при его наличии).
5.Рассчитываются установившиеся скорости вращения двигателя, для чего скорости движения механизма приводится к валу двигателя, как это было показано в 1.3. Выбирается скорость wрн, которая должна быть принята за номинальную электродвигателя. Этот выбор зависит от режима работы электропривода и способа регулирования скорости. Например, если электродвигатель работает в продолжительном режиме с примерно постоянной скоростью, то последняя и выбирается в качестве номинальной. Если диапазон изменения скорости достаточно велик, то при ее регулировании только вниз от основной (например, реостатное или изменением напряжения у машин постоянного тока), за номинальную принимается максимальная скорость; если регулирование возможно в любом направлении (двухзонное у машин постоянного тока или частотное у асинхронных и синхронных машин), то в качестве номинальной электродвигателя целесообразно принять некоторую среднюю скорость в наиболее часто встречающемся установившемся режиме.
6.Рассчитываются моменты Мсм механизма для цикла его работы по уравнениям, индивидуальным для каждого механизма, приведенным в подразделе 1.2 и строится упрощенная нагрузочная диаграмма механизма. Например, такая диаграмма, в общем виде представлена на рис.3.5.
Рис. 3.5. Общий вид упрощенной нагрузочной диаграммы механизма
7.На основании нагрузочной диаграммы механизма определяется мощность предварительно выбираемого электродвигателя. Для этого из названной выше диаграммы определяется некоторый средний или наиболее типичный статический момент Мрс. Причем, предварительный выбор этого момента носит, в большой степени, интуитивный характер. В качестве момента Мср может быть принят при повторно-кратковременном режиме работы средний момент за цикл работы, при продолжительном режиме с постоянной нагрузкой – момент этой нагрузки, при продолжительном режиме с переменной нагрузкой – средний момент нагрузки и т.д.
Затем этот момент (при наличии редуктора) приводится к валу электродвигателя по соответствующим уравнениям (подраздел 1.2 данной работы).
Мощность предварительно выбираемого электродвигателя определяется как
Р = Мсрп w рн,
где Мсрн – приведенный к валу двигателя средний статический момент.
8.Осуществляется предварительный выбор двигателя из каталога с номинальной скоростью, максимально близкой к выбранной в п.6, и мощностью, определенной выше в п.7.
9.Строятся упрощенные тахограмма w = f (t) и нагрузочная диаграмма I = f (t) или М = f (t) или Р = f (t) двигателя за цикл работы. Предварительно все статические моменты и моменты инерции должны быть приведены к валу электродвигателя. Тип нагрузочной диаграммы ( зависимость тока или момента или мощности от времени ) определяется методом дальнейшей проверки двигателя по нагреву. Здесь под термином «упрощенные» подразумевается, что при их построении ускорение привода принято постоянным, то есть dw / dt = соnst, а индуктивность якорной цепи равной нулю ( L = 0 ). Нагрузочная диаграмма электродвигателя отличается от нагрузочной диаграммы механизма наличием динамической составляющей тока, момента или мощности при переходных процессах.
При построении тахограммы исходными являются значения скорости, определенные в п.5, времени tу работы двигателя на установившейся скорости, времени tп паузы и времен tн и tт ускорения и торможения привода, заданные технологическими условиями. Если значения времен разгона и торможения не заданы, они рассчитываются из условия получения в переходных режимах момента двигателя, не превышающего допустимый, то есть
М = Мс + Мдин £ Мдоп, (3.37)
где Мс – момент статического сопротивления, приведенный к валу двигателя;
Мдин = Jп (dw / dt ) – динамический момент двигателя;
Jп = Jм + Jр + Jд - суммарный момент инерции привода, приведенный к валу двигателя, согласно уравнений подраздела 1.3;
Jд – момент инерции электродвигателя;
Jм, Jр – приведенные к валу электродвигателя моменты инерции механизма и редуктора соответственно;
Мдоп – каталожное значение максимально допустимого момента двигателя.
Если пуск и (или) торможение происходят без нагрузки, то здесь и в дальнейшем Мс = 0.
Так как при расчетах ускорение двигателя считается постоянным, то от бесконечно малых приращений можно перейти к конечным и тогда (3.37) запишется как
Мс + Jп (w с / tнт ) £ Мдоп, (3.38)
где w с – статическая (установившаяся скорость двигателя);
tнт – время разгона или торможения.
Отсюда
tнт ³ Jп wс / ( Мдоп – Мс ). (3.39)
После построения тахограммы строится упрощенная нагрузочная диаграмма. Предварительно принимается решение о том, каким методом ( эквивалентного тока, момента или мощности ) будет производиться проверка двигателя по нагреву. В зависимости от этого рассчитывается и строится кривая I = f(t) , М = f(t) или Р = f(t) .
Расчет производится на основании основного уравнения движения привода
М = Мс + Мдин. (3.40)
Имея в виду, что Мсм механизма был рассчитан выше, осуществляется его приведение к валу электродвигателя и производится расчет Мдин для каждого участка тахограммы с учетом принятых ранее допущений.
Мдин = Jп ( wс - wнач ) / tнт, (3.41)
где wнач – скорость, от которой начинается переходный процесс.
При расчетах необходимо учесть характер статического момента, имея в виду, что Мс может быть активным и реактивным, то есть, если реактивный момент всегда является тормозным и имеет знак « - », то активный – может быть как тормозным, так и движущим, то есть иметь как положительный, так и отрицательный знак.
Построение зависимостей I = f(t) и Р = f(t) производится на основании известных уравнений:
I = М / КФ,
Р = М w.
При построении нагрузочной диаграммы необходимо четко представлять, в какой момент времени к двигателю прикладывается нагрузка, так как при Мс = 0
М = Мдин. (3.42)
После окончания переходного процесса при dw / dt = 0 Мдин = 0 и тогда
М = Мс. (3.43)
При равенстве нулю статического и динамического моментов момент двигателя также равен нулю.
Для каждого участка тахограммы рассчитывается значение момента двигателя в соответствии с (3.40) , (3.42) или (3.43) в зависимости от соотношения наличия на валу статических и динамических моментов.
Например, пусть цикл работы какого-то механизма состоит из разгона, работы в установившемся режиме, торможения и паузы, после чего цикл начинается заново. Переходные процессы происходят при наличии на валу нагрузки, то есть Мс прикладывается в момент времени t = 0. Статический момент реактивный.
Тогда, в общем случае, упрощенные тахограмма и нагрузочная диаграмма, построенные по описанной выше методике, имеют вид, приведенный на рис.3.6.
Рис.3.6. Упрощенные тахограмма и нагрузочная диаграмма
10.На основании построенной нагрузочной диаграммы электродвигателя рассчитывается эквивалентный момент ( ток или мощность).
11.Из тахограммы определяется режим работы электродвигателя с точки зрения нагрева и при повторно-кратковременном режиме работы рассчитывается реальная ПВ%.
12.Значение рассчитанной эквивалентной величины корректируется в зависимости от режима работы, типа вентиляции и реальной ПВ%.
Полученная таким образом эквивалентная величина сравнивается с номинальной и при
Iэ £ Iн
Мэ £ Мн (3.44)
Рэ £ Рн
выбранный электродвигатель удовлетворяет условиям нагрева.
13.Кроме проверки двигателя по нагреву необходимо произвести его проверку по перегрузочной способности, а именно, максимальный за рабочий цикл момент Ммн нагрузки не должен превышать допустимого момента Мдоп, указанного в каталоге. Если
Ммн < Мдоп, (3.45)
то выбранный двигатель удовлетворяет условиям перегрузки.
14.Если условия (3.44), (3.45) не выполняются, следует выбрать из каталога другой двигатель со скорректированной в нужную сторону мощностью и все расчеты произвести заново.