Выбор электродвигателя по мощности

Правильный выбор электродвигателя по мощности определяет надежность его работы в электроприводе и его энергетические показатели в процессе эксплуатации. В тех случаях, когда нагрузка двигателя существенно меньше номинальной, он недоиспользуется по мощности, что свидетельствует об излишних капитальных вложениях, его КПД и коэффициент мощности заметно снижается.

Если нагрузка превышает номинальную, это приводит к увеличению токов и потерь мощности выше соответствующих номинальных значений, вследствие чего температура (превышение температуры) обмоток и магнитопровода двигателя может превысить допустимую величину. Рост температуры выше заданных значений приводит к резкому ускорению старения изоляции вследствие изменения ее физико-химических свойств и соответственному уменьшению срока службы и надежности двигателя в целом. Поэтому одним из основных критериев выбора электродвигателя по мощности является температура (превышение температуры) обмоток.

Выбор электродвигателя по мощности осложняется тем обстоятельством, что нагрузка на его валу в процессе работы, как правило, изменяется во времени, вследствие чего изменяются также потери мощности и соответственно температура двигателя. Если при этих условиях выбрать асинхронный двигатель таким образом, чтобы его номинальная мощность была равна наибольшей мощности нагрузки, то в периоды снижения нагрузки он будет недоиспользован по мощности. Очевидно также, что недопустимо выбирать номинальную мощность двигателя равной минимальной мощности нагрузки.

Для обоснованного решения вопроса выбора электродвигателя по мощности необходимо знать характер изменения нагрузки двигателя во времени, т. е. зависимость от времени мощности, электромагнитного момента и потерь двигателя. С этой целью для машин, работающих в циклическом режиме, обычно строится нагрузочная диаграмма, представляющая собой зависимость нагрузки электропривода от времени в течение рабочего цикла.

Зависимость изменения нагрузки от времени позволяет судить об изменениях потерь в электродвигателе, что дает возможность оценить температуру его отдельных частей при известном характере процесса их нагрева.

Такой подход позволяет выбрать электродвигатель таким образом, чтобы максимальная температура изоляции обмоток не превышала допустимого значения. Это условие является одним из основных для обеспечения надежной работы электродвигателя в течение всего срока его эксплуатации.

Второе условие выбора двигателя заключается в том, что его перегрузочная способность должна быть достаточной для устойчивой работы электропривода в периоды максимальной нагрузки или аварийного снижения напряжения.

Таким образом, для правильного выбора двигателя необходимо знать точную зависимость нагрузки от времени, на базе которой можно рассчитать потери в его отдельных частях. Затем необходимо провести подробный тепловой расчет с учетом в большинстве случаев переходных процессов (пуск, реверс, торможение, переход от одной нагрузки к другой), на основании которого можно сделать вывод о том, правильно ли выбран двигатель. Если максимальная температура (превышение температуры) обмоток окажется меньше допустимого, то следует проанализировать возможность применения двигателя меньшей мощности. Если температура превышает допустимую, то следует применять двигатель большей мощности. После теплового расчета асинхронный двигатель проверяется по условию

М_{нг max} <М_{эм max},     (59)

где  М_{нг max} — максимальный момент нагрузки; Мэм max — максимальный электромагнитный момент.

В соответствии с ГОСТ 183—74 * устанавливается восемь номинальных режимов работы двигателей, имеющих условные обозначения S1 — S8.

• Режимы работы электродвигателей

Рассмотрим выбор мощности электродвигателя для некоторых типовых механизмов. Мощность Р, необходимая для приведения в действие и обеспечения нормальной работы производственного механизма, определяется по его параметрам (например, производительности Q и др.) и эксплуатационным характеристикам (например коэффициент полезного действия механизма η) в соответствии с особенностями того технологического   процесса, в   котором используется данный механизм.

Мощность двигателя насоса, кВт,

                   (69)

где Н —напор (сумма высот всасывания и нагнетания), м; ∆Н — падение напора в магистралях, м; ηп и η — КПД передачи и насоса; γ — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; Q — расход жидкости, м3/с.

Мощность двигателя вентилятора, кВт,

                    (70)

где Н_с — давление, создаваемое вентилятором, Н/м2; η_п и η —КПД передачи и вентилятора; Q — расход воздуха, м3/с.

Мощность двигателя компрессора, кВт,

                   (71)

где А_а'—адиабатическая работа сжатия 1 м3 атмосферного воздуха до промежуточного давления в компрессоре, Дж/м3; η_п и η — КПД передачи и компрессора; Q — расход воздуха, м3/с.

Мощность двигателя подъемного крана, кВт

                   (72)

где G и G_о — вес поднимаемого груза и захватывающего устройства, Н; υ — скорость подъема груза, м/с; η — КПД механизма подъема.