Изборът на електродвигатели се извършва по следните параметри и показатели: вид ток и номинално напрежение, номинална мощност и честота на въртене, вид естествен механични характеристики, както и стартови, регулиращи, спирачни качества и дизайн. Важна задача е правилният избор на двигатели за работа при определени условия на околната среда.
При избора на двигател за мощност е важно да се осигури пълното му използване в процеса. Двигател с надценена, в сравнение с необходимата мощност, работи с недостатъчно натоварване и има най-лошата ефективност и коефициент на мощност. Двигател с ниска мощност ще бъде претоварен с ток, което ще доведе до големи загуби на енергия и в резултат на това температурата на намотките му ще надвиши допустимата. Следователно температурата на намотките на двигателя е основният критерий, по който се избира двигателят по отношение на мощността.
В някои случаи задачата за избор на двигател по мощност се усложнява допълнително от факта, че натоварването на неговия вал по време на работа не остава постоянно, а се променя с течение на времето, в резултат на което температурата на намотките на двигателя се променя. Ако промяната в натоварването на вала на двигателя с течение на времето е известна, тогава е възможно да се прецени естеството на промяната в загубите на енергия в двигателя, което прави възможно избора на двигателя по такъв начин, че температурата на неговата намотки не надвишава допустимата стойност. В този случай ще бъде спазено условието за осигуряване на надеждна работа на двигателя през целия период на неговата работа.
За краткосрочна работамогат да се използват двигатели, предназначени за продължителна работа.
За периодична работа като правило се използват специално проектирани двигатели. Всички техни технически данни са дадени в каталозите за стандартни работни цикли. Например, ако в паспорта на двигателя за задвижване на компресора на електрически локомотив е посочено, че PV = 50% (21 kW), тогава е възможно да се реализира мощност от 21 kW без страх от прегряване, само през работното време, което е 50% от продължителността на цикъла. През останалото време на цикъла (50%) двигателят не трябва да работи (пауза). Един и същ двигател позволява работа при различни работни цикли. Но колкото повече PV, толкова по-малко трябва да бъде натоварването му.
Продължителният режим може да протича с постоянно или променливо натоварване. Посочената в каталога номинална мощност е максималната мощност, която може да развие двигателят при постоянно натоварване на неговия вал.
Изборът на двигател, работещ дълго време с променлив товар (диаграмата на натоварване е показана на фиг. 1), се извършва по метода на средните загуби или методите на еквивалентен ток, въртящ момент и мощност.

Метод на средните загуби.

Основава се на предположението, че двигателят ще работи по дадена схема на натоварване, без да превишава допустимата температура, ако средните загуби на тази схема на натоварване Σрср не надвишават общите загуби на енергия при номиналния режим на работа на двигателя Σрном, т.е. условието е изпълнено
(1)
Познавайки номиналните стойности на ефективност t] nom и полезна мощност и използвайки формулата, можете да определите общата загуба на енергия в номинален режим:
(2)
Нека всеки интервал от време tu според диаграмата на натоварване на загубата се променя на фиг. 1 съответства на реализираната от двигателя мощност Pi, при която общите загуби в него са 2/7/. След това средните загуби за цялото време на работа на двигателя
(3)
Методът на средните загуби е доста точен и може да се използва за избор на всеки тип двигател. Това обаче изисква специфични изчисления на загубите за всеки участък, което не винаги е осъществимо.
Метод на еквивалентен ток.
Въз основа на метода на средната загуба. В този случай се счита, че средните загуби се създават в двигателя, натоварен с такъв изчислен постоянен (еквивалентен) ток /ek, който отделя същото количество топлина по време на работа, колкото действителните токове. Коефициентът на натоварване, съответстващ на тока /ek, се нарича еквивалентен: ku e = /ek/Unom.
Тогава, съгласно изрази (13.7) и (15.8), имаме:

Ориз. 1. Диаграма на натоварване и промяна на загубите в двигателя при продължителна работа при променлив товар
Замествайки тук стойностите на коефициентите на натоварване, изключвайки термините с p0, намалявайки останалите с Rm.vonom и преобразувайки, намираме стойността на еквивалентния ток
(4)
където in е продължителността на пълен цикъл на двигателя. Двигателят е избран правилно, ако условието е изпълнено
(5)
Методът на еквивалентния ток, базиран на метода на средната загуба, може също да се използва за избор на всеки двигател.

Метод на еквивалентен момент.

Спомнете си, че въртящият момент на двигателите постоянен токуспоредно и независими възбуждания, както и синхронно, според израза, M \u003d s "m / I
Това обстоятелство ни позволява да въведем концепцията за еквивалентен момент MEC, съответстващ на еквивалентния ток /ek:

Следователно, подобно на (15.19), изразът за еквивалентния момент има вида
(6)
Условие за правилен избор на двигател
(7)
Метод на еквивалентната мощност. Позволява ви да оцените отоплението на двигателя чрез еквивалентна постоянна мощност Rack (мощност, която според условията на отопление е еквивалентна на действителната променяща се мощност). Този метод е приложим в случаите, когато при промяна на натоварването ъгловата скорост на двигателя остава постоянна или се променя леко, т.е. Ω = const (твърда естествена механична характеристика).
Тъй като Pnom = MnomΩnom и Rek = A * ekΩnom - от (6) получаваме израза за еквивалентната мощност
(8)
Двигателят е избран правилно, ако условието е изпълнено
(9)
Методите за еквивалентен момент и мощност са приложими за предварителен избор на двигател и изчисления, които не изискват голяма точност. Тези методи са напълно неприемливи за последователно възбудени постояннотокови двигатели, тъй като техният магнитен поток и скоростта на въртене се променят драматично с промяна в тока на натоварване.
Двигателят, избран по който и да е от методите, също трябва да бъде проверен за допустимо претоварване, така че максималните стойности на ток, въртящ момент или мощност (според диаграмата на натоварване) да не надвишават съответните стойности, разрешени за този мотор.

Правилният избор на мощност на двигателя за конкретен механизъм, като се вземе предвид неговият технически режим, е от голямо значение за техническите, икономическите и експлоатационните показатели. Ако мощността на електродвигателя е подценена при избора, тогава електродвигателят няма да осигури необходимата надеждност и издръжливост. Зависимостта на фактора на мощността от товара е показана на графиката. Ако е избран ЕМ със свръхмощност, т.е. с нисък коефициент на натоварване, има ниски икономически и енергийни показатели.

Затова те се опитват да изберат ED по такъв начин, че Рnom=Kzap*Ref.

В този случай ефективната мощност се определя с помощта на характеристиката на товара и коефициентът на безопасност се въвежда, като се вземе предвид неточността на графиката на характеристиката на товара.

Последователност за избор на електромагнитна мощност:

1. Предварителен избор на мощност: състои се в анализ на диаграмата на натоварване и избор на Kzap.

2. Проверка на правилността на предварителния подбор по топлинен режим. Произведено чрез точен анализ.

3. Проверява се за възможност за стартиране.

4. Проверка на правилността на избора за краткотрайно механично натоварване.

Избор на мощност на двигателя за продължителна работа:

А) при постоянно натоварване.

В този случай не се изисква предварително изчисляване на мощността, но ефективната мощност на механизма се определя с помощта на точни или емпирични изрази, която след това се сравнява с номиналната мощност на двигателя. Има определени формули за изчисляване на ефективната мощност на различни видове механизми. Ако реф< Рном, то двигатель выбран правильно. Причем в этом случае это соотношение является критерием правильности выбора и по нагреву, и по условиям правильности пуска, и по критериям качества.

За всякакви режими с променлив товар изборът на мощност е много по-трудна задача и се състои от няколко етапа, основният от които е проверка на правилността на избора за отопление. В същото време, за всеки режим, най-точният метод за такава проверка е изграждането на нагревателна крива на реален двигател, като се вземе предвид неговия режим, последвано от сравнение на tset< tдоп.

Б) с променлив товар.

Нека диаграмата на натоварването изглежда така:

Последователност за избор на мощност на двигателя:

1. Предварително се избира двигател, за който се сравнява средноаритметичната стойност на мощността по натоварващата диаграма с номиналната мощност по каталог.

2. Проверяват правилността на избора на двигателя за отопление. Тази проверка може да се извърши с помощта на метода на универсалните загуби, тъй като изчисляването и конструирането на отоплителните криви е сложна и не винаги разрешима задача.

Съгласно зададен график на натоварване се определят средните загуби на мощност за работния цикъл на двигателя DPav, които след това се сравняват с номиналните загуби на мощност в двигателя.

Ако условието DРav £ DРnom е изпълнено, тогава двигателят отговаря на условията за отопление.

DP1, DP2,…, DPn - загуби на мощност във всеки участък от диаграмата на натоварване;

hi - ефективност в i-тия участък на диаграмата на натоварване

3. Проверка на правилността на избора според условията на пускане (ако е възможно). За това Mstart ³ M1, ако не е изпълнен, тогава изберете двигател с подобрени стартови свойства или по-голяма мощност.

4. Двигателят се проверява за краткотрайно механично претоварване. За това критичният момент на двигателя по паспорта му се сравнява с максималния момент по диаграмата му.

Ако условие 4 е изпълнено, тогава двигателят е избран правилно, ако не, тогава двигателят е избран или с по-голяма претоварваща способност или с по-голяма мощност.

Въпреки това, въпреки факта, че методът на средната загуба е достатъчно точен и универсален, т.е. може да се приложи към всеки тип двигател, има някои трудности. Следователно при инженерните изчисления най-често се използват по-малко точни и универсални методи на еквивалентни количества, които включват:

А) метод на еквивалентен ток

Б) метод на еквивалентните моменти

В) методът на еквивалентните степени.

Метод на еквивалентен ток:

Основава се на факта, че реалният ток, съответстващ на диаграмата на натоварване и променящ се съответно, се заменя с определен еквивалентен ток, който по време на работния цикъл освобождава същото количество топлина в двигателя, колкото действително променящия се ток.

В този случай загубата на мощност в двигателя:

Най-често диаграмата на натоварване на електрическото поле е посочена точно в координатите M(t), следователно от тази гледна точка методът на еквивалентните моменти е по-удобен. Но точната пропорционална зависимост M(I) е типична само за DPT с NI. За АМ моментът зависи и от фактора на мощността cosj. Следователно по отношение на кръвното налягане този метод не осигурява достатъчна точност. Обикновено се използва за ИМ с ниска мощност и в линейната част на характеристиката.

Метод на еквивалентна мощност:

Базира се на пропорционалната зависимост на мощността от момента: Р=М×w, Р º M. Критерият за правилен избор е: Рnom ³ Req. От всички изброени методи методът на еквивалентната мощност е най-малко точен и се използва само за DCT с NV.

Избор на мощност на двигателя за кратковременна работа:

Серийно се произвеждат двигатели, в паспорта на които номиналната продължителност на включване е зададена на 10, 30, 60, 90 минути. В допълнение, ефективността се задава при работа в краткосрочен режим и Pcr; в дълги hpr и Rpr.

Рt=DРcr/DРpr=tset/t¢set=tset/tadm.

Последователност на избор:

В паспорта на серийно произвежданите двигатели за краткотраен режим на работа S2, освен времето на работа, са посочени мощността при краткотрайна работа, ефективността при краткотрайна работа, мощността и ефективността при продължителна работа.

1. Определете DРcr и DРpr:

DРcr=Рcr*(1-hcr)/hcr;

DРpr=Рpr*(1-hpr)/hpr;

2. Определете коефициента на топлинно претоварване: Рт=DPcr/DPpr.

3. Тн=tр/(ln(1-Рт)/Рт). Замествайки tr от паспорта и коефициента на термично претоварване от предишния параграф, намираме константата на времето за нагряване Tn, с която можете лесно да изградите крива на отопление на двигателя и да изберете мощността на двигателя от тази крива.

Избор на мощност на двигателя за периодични режими на работа:

За режими S4 и S5 обикновено се използват двигатели, налични в търговската мрежа за режим S3 със стандартен PV% = 15; 25; 40; 60%, или двигатели, налични в търговската мрежа за режим S1. В този случай при избора на мощност на двигателя се приема работен цикъл = 100%. Най-често методът на еквивалентните моменти се използва като математически апарат за проверка на правилността на избора за отопление. В същото време във формулата за еквивалентен въртящ момент се въвеждат корекционни коефициенти, които имат обозначение b(), и които отчитат влошаването на топлопредаването на двигателя по време на ускорение, забавяне, пауза в сравнение с топлопредаването при работа с w=const.

в) Намерената стойност на Mekv се довежда до стандартния PV% и се намира Mekvpriv:
г) по каталог се избира двигател, в който Mnom ³ Mekvpriv.

След това двигателят се проверява за стартова способност и краткотрайни претоварвания по същия начин, както при S1 с променлив товар.

Задачата за избор на електродвигател включва:

избор на вид ток и номинално напрежение;

избор на номинална скорост;

избор на дизайн;

определяне на номиналната мощност и избор на съответния на нея двигател от каталога.

В производствени условия не винаги е необходимо да се решава целият комплекс от тези въпроси. Някои от тях могат да бъдат дадени: вид ток, напрежение, скорост. Основното значение в този случай е правилното определяне на мощността и типа на конструкцията на двигателя.

Преди да решите проблема с избора на електродвигател, е необходимо ясно да си представите работата на механизма, за който е избран: дали двигателят с механизма ще работи дълго време или за кратко време, при постоянен или регулируем скорост, дали (и как) моментът на съпротивление и мощността ще се променят по време на работа. Отговорите на тези въпроси могат да бъдат дадени чрез построяването на диаграми на натоварване. След това на въпросите се отговаря в посочения ред.

Избор на ток и напрежение на двигателя . Този избор се основава на икономически съображения. Електрическите двигатели имат висока цена, тъй като са сложни продукти, които използват ценни електрически материали, предназначени за дълъг експлоатационен живот (20 години). Следователно изборът започва с „монтаж“ на пригодност за задвижване на най-простите и евтини двигатели - трифазни асинхронни с ротор с късо съединение и до най-сложните и скъпи - DC двигатели.

Изборът на вида на тока на електродвигателя определя избора на неговото номинално напрежение, което обикновено се приема равно на напрежението на електрозахранването на цеха, фабриката, строителната площадка (най-често е трифазна мрежас основно напрежение 380,220 V). Увеличаването или намаляването на напрежението за двигатели, използващи трансформатори, използването на токоизправители за двигатели с постоянен ток води до увеличаване на цената на електрическото оборудване.

Избор на номинална скорост на двигателя. Високата скорост на електродвигателя позволява да се намалят неговите габаритни размери, тегло и цена. Работните механизми, напротив, често изискват намалени скорости. За съгласуване на скоростите на двигателя и механизма е монтирана скоростна кутия, което оскъпява електрическото задвижване. Въпросът за рационалното съотношение на мотор-редуктора се решава от дизайнера при проектирането на механизма.

Изборът на дизайна на двигателя. Дизайнът на съвременните серии електродвигатели взема предвид три фактора: защита срещу влиянието на околната среда, осигуряване на охлаждане и метод на монтаж.

В табл. 1 е показана приблизителна последователност за избор на типа електродвигател в зависимост от предназначението му.

Таблица 1.1

Приблизителна последователност за избор на тип двигател

тип на двигателя	Предназначение
Асинхронен с късо съединение на нормалния ротор Версии	За нерегулирано задвижване, което не изисква големи стартови моменти, с
Асинхронен с дълбоко шлицов ротор с късо съединение или двойна клетка за катерици	Същото, ако са необходими високи пускови моменти
Асинхронен с контактни пръстени	Чести стартирания при високи начални въртящи моменти и ниски токове, регулиране на скоростта (реостатно регулиране неикономично)
Синхронен	За нерегулирано задвижване при продължителна работа, cos регулиране (при Р 100 kW, SM е по-икономичен от IM)
Постоянен ток	Регулиране на скоростта в широк диапазон, осигуряващо добри стартови качества, претоварваща способност

Според метода на защита от въздействието на околната среда електродвигателите се произвеждат в защитени, затворени и взривобезопасни версии.

Моторите, защитени от малки предмети и изпускане, са предназначени за работа в сухи и незапрашени помещения.

Затворените двигатели се монтират в помещения с висока влажност, атмосфера, замърсена с прах с метални включвания, маслени или керосинови пари.

Взривозащитените двигатели имат корпус, който може да издържи експлозия на газ вътре в машината и по този начин изключва изпускането на пламък в околната среда. Предназначени са за работа във взривоопасни помещения (мини). Върху капака на клемната кутия на тези двигатели има релефен знак PB - минен взривобезопасен или VZG - взривобезопасен в газова среда. Без тези знаци е забранено използването на двигатели във взривоопасни среди. Също така е невъзможно да се инсталира защитен вместо затворен двигател.

Според метода на охлаждане двигателите се различават с естествено охлаждане, вътрешна или външна самовентилация и външно обдухване (принудително).

Според метода на монтаж има двигатели с хоризонтално разположение на вала и легло на краката, с вертикално разположение на вала и фланец на долния щит и др. Избраният двигател трябва да има същия монтаж, закрепване и връзка към механизма като този, който се сменя.

Изборът на мощност на двигателя. Последната стъпка е да определите номиналната мощност на двигателя и да изберете подходящия двигател от каталога. Въпреки това, номиналната мощност е лесно да се определи само при продължителна работа с постоянно натоварване, което се приема за номинално. В по-голямата част от случаите въртящият момент, мощността и токът на двигателя се променят с времето. Диаграмите на натоварване на двигатели на много механизми включват периоди на работа и паузи. При такова променливо натоварване двигателят трябва да отговаря на условията за допустимо нагряване, да има максимален въртящ момент, достатъчен за преодоляване на възможни краткотрайни претоварвания и при стартиране с голямо натоварване да има излишен начален въртящ момент, за да осигури ускорение на задвижването.

1.3. Отопление и охлаждане на електродвигатели

Работата на електродвигателя е съпроводена със загуба на част от енергията, която се превръща в топлина. Загуба на сила

Р = Р(1/ - 1) (1.10)

колкото повече, толкова по-голяма мощност P развива двигателят на вала и толкова по-ниска е неговата ефективност. Следователно, с увеличаване на натоварването, температурата на двигателя ще се увеличи и може да достигне опасни стойности.

Според устойчивостта на топлина изолационните материали се разделят на няколко класа. И така, изолацията от клас А (импрегнирани влакнести материали) позволява температури на нагряване до 105 0 C; клас B (материали на основата на слюда, азбест и фибростъкло с импрегниране) - до 130 0 C, и същите материали с органосилициеви свързващи вещества - до 180 0 C (клас H).

Посочените работни температури се основават на експлоатационния живот на електродвигателите от 15-20 години при номинално натоварване. С натоварване от 1,5 номинален двигателсе проваля след 3 часа.

Температурата на двигателя зависи не само от натоварването му, но и от температурата на охлаждащата течност. При изчисленията тя се приема равна на +40 0 C. Разликата между температурите на двигателя и охлаждащата среда се нарича повишаване на температурата или температура на прегряване и се обозначава  . Например, за широко разпространена изолация от клас А, допустимата температура на прегряване е 65 0 C.

При изчисляване на процесите на нагряване и охлаждане на електродвигатели електрическата машина се разглежда просто като хомогенно тяло, което се нагрява равномерно и излъчва топлина в околната среда с цялата си повърхност. Преди работа двигателят има температура на околната среда, така че цялата топлина, отделена в него, отива за повишаване на температурата на двигателя, съответно топлинен капацитет C, Wts / deg. Когато температурата му стане по-висока от температурата на околната среда, започва процесът на пренос на топлина към околната среда. При постоянно натоварване след известно време температурата на двигателя достига стабилна стойност, при която цялата отделена в двигателя топлина се отдава на околната среда. Има топлинно равновесие.

Уравнението на топлинния баланс за електродвигател при постоянно натоварване има формата

Pdt = Cd + Adt, (1.11)

където d - прегряване, град., съответстващо на времевия елемент dt, за който се отделя енергия Pdt; A - пренос на топлина по време на нагряване, W / deg.

От момента на топлинно равновесие нарастването на температурата на двигателя спира (d = 0). Стационарната температура на прегряване се определя от израза

 уста \u003d P / A. (1.12)

Всяко натоварване на двигателя има собствена зададена температура. Очевидно двигателят може да бъде натоварен само с такава мощност, при която стационарното прегряване на неговата изолация не надвишава максимално допустимата стойност. Тази мощност се нарича номинална.

От израза (1.12) се вижда, че стационарното прегряване се увеличава с намаляване на топлопреминаването А. Колкото по-добре се охлажда двигателят по време на работа, толкова по-малко е стационарното прегряване. Поради това двигателите са оборудвани с вентилатори и се използват оребрени корпуси за увеличаване на охлаждащата повърхност.

Разделяме уравнение (1.11) на Adt и, като вземем предвид (1.12), го пренаписваме във формата

(1.13)

където Тu = С/А е времеконстантата на нагряване.

Решението на това линейно диференциално уравнение дава закона за промяна на температурата на двигателя във времето:

където  старт е началното повишаване на температурата, с което двигателят започва да работи.

Ако двигателят стартира в "студено" състояние, тогава  старт = 0 и

(1.15)

На фиг. 1.5 показва експоненциалните криви на нагряване на електродвигателя при постоянно натоварване. Криви 1 и 2 съответстват на работата на двигателя от „студено“ състояние ( първоначално = 0) при ниски (1) и високи (2) натоварвания, крива 3 съответства на работа, когато двигателят вече е имал първоначално повишаване на температурата  първоначално =  03.

Крива 3 може да се счита за превишаване на температурата на двигателя, ако температурата на околната среда се е повишила с  03 в сравнение с крива 2. Постоянната температура се достига почти навреме (3 5) T i.

Кривите на отопление и охлаждане са експоненциални. Постоянната температура се достига почти за времето (35) T и (грешка съответно 5 и 0,5%).

След изключване на двигателя от мрежата, отделянето на топлина в него

Ориз. 1.5. Криви на отопление и охлаждане на двигателя

спира: P = 0,  set = 0 и изразът (1.14) за процеса на охлаждане ще приеме формата

 старт e - t / T охлаждане, (1.16)

където T cool = C/A cool; A cool - топлообмен по време на охлаждане.

Кривите на охлаждане на двигателя са показани на фиг. 1.5. Време за охлаждане на електродвигателя до постоянна температура или до температура на околната среда t cool = (35) Т cool. Интензивността на охлаждане на двигателя зависи от метода на вентилация и нейната скорост. При стационарен двигател, със самовентилация, условията на охлаждане са много по-лоши, отколкото при въртящ се. Следователно константата на охлаждане Tcool тук е 2-3 пъти по-голяма от Tu. По време на работа, редовните промивки и почистването на повърхността на двигателя от прах увеличават преноса на топлина и осигуряват най-пълното му използване.

1.4. Номинални режими на работа на електродвигатели

При разглеждане на законите за нагряване и охлаждане на електродвигатели се приема, че натоварването на двигателя е непроменено за дълго време, следователно установеният граничен набор от прегряване  също е непроменен. В действителност натоварването на двигателя може да варира по различни начини. Освен това двигателят може да се изключи за известно време.

За да се вземат предвид различните условия на работа на електродвигателя и правилно да се определи неговата мощност, се изчисляват и изграждат диаграми на натоварване M (t), P (t) (виж фиг. 1.4) или I (t). По вида на диаграмата на натоварване определете режима на работа на двигателя. Режимите са стандартизирани. Има три основни режима: дългосрочен (S1), краткосрочен (S2) и периодичен (S3). За всеки от тях условията за отопление и охлаждане са различни.

Дълъг режим. Дългосрочен е режимът, при който температурата на електродвигателя достига стабилна стойност.

Разграничете дълъг режим с постоянни и променливи натоварвания. Вентилатори, помпи, компресори, някои конвейери, текстилни машини работят дълго време с постоянно натоварване. Диаграмата на натоварването за този режим е показана на фиг. 1.6, а.

Бутални компресори, валцоващи мелници, стругови, пробивни, фрезови машини и др. работят дълго време с променливо натоварване (фиг. 1.6, b).

Ориз. 1.6. P(t) и (t) диаграми на двигателя в продължителен режим с

постоянни (а) и променливи (б) натоварвания

На щита на електродвигател, предназначен за продължителна работа, номиналният режим е обозначен със съкратената дума "Dur". Или символът S1.

Моментно дежурство . В този режим електродвигателят работи за ограничено време, през което температурата не достига постоянна стойност. Паузите в работата са толкова големи, че двигателят има време да се охлади напълно. Диаграмата на натоварване и прегряване на двигателя в краткосрочен режим са показани на фиг. 1.7.

В режим на краткотрайно натоварване работят спомагателни задвижвания на металорежещи машини, подвижни мостове, шлюзове, клапани за тръбопроводи и газопроводи и други механизми. Табелката на двигателя с прекъсващ режим на работа показва времето за работа при номинална мощност: 30, 60 и 90 минути и символа S2. За универсална употреба, кратковременните двигатели не се произвеждат в големи серии.

Прекъснат режим. В този режим кратките периоди на работа редовно се редуват с кратки периоди на паузи, а по време на периода на натоварване температурата на двигателя не достига постоянна стойност, а по време на периода на пауза (изключване) няма време да падне до нивото на температурата на охлаждащата течност. Графиките на такъв режим са показани на фиг. 1.8. Прегряването на електродвигателя се променя по трионообразна прекъсната линия, състояща се от сегменти на кривите на отопление и охлаждане. При многократно повторение на циклите, прегряването варира около определена средна стойност  вж.

Ориз. 1.7. P(t) и (t) диаграми 1.8. Диаграми Р(t) (t)

двигател в къс двигател в повторно

временен режим краткосрочен режим

работа работа

Типичен пример за прекъсната работа са електрическите задвижвания на кранове, както и електрическите задвижвания на повечето металорежещи машини.

Електрическата промишленост произвежда специални кранови двигатели, предназначени за работа в подемно-транспортни устройства. На щита на такъв двигател, в колоната "режим на работа", са посочени символът S3 и относителният работен цикъл PV% (означен също с ):

Ориз. 1.9. Реални (а) и идеализирани (б) P(t) диаграми

двигател в прекъсващ режим

(1.17)

където t p е времето на работа; t p - продължителност на паузата; t c - продължителност на цикъла.

Продължителността на цикъла на периодичен режим за кранови електродвигатели съгласно GOST не трябва да надвишава 10 минути.

Стойността на PV е стандартизирана и е 15, 25, 40 и 60%. Например, ако върху щита на двигателя на крана е посочено P nom = 11 kW при 40% работен цикъл, това означава, че този двигател може да работи с номинално натоварване от 11 kW за 4 минути, а през следващите 6 минути трябва да бъде изключен от мрежата.

Действителната диаграма може да изглежда като Фиг. 1.9, а, под товар, когато неговата продължителност и пауза не са еднакви. В този случай се изгражда еквивалентна (идеализирана) диаграма (фиг. 1.9, b), където t c \u003d t p +t p, и PV = t p /t c.

1.5. Изчисляване на мощността и избор на двигател

за непрекъсната работа

Определянето на номиналната мощност на двигателя за продължителна работа с постоянно натоварване (виж фиг. 1.6, а) се свежда до изчисляване на мощността P от задвижващия механизъм, намалена до вала на двигателя (като се вземе предвид ефективността на зъбни колела, скоростни кутии и др. .). Според получената мощност P в каталозите се избира двигател с номинална мощност P nom R s (видът на тока, напрежението, честотата и конструкцията на двигателя са предварително избрани). Посочената в каталога номинална мощност е максималната мощност, с която двигателят е проектиран за продължителна работа без риск от прегряване. Тъй като натоварването е постоянно, не е необходима специална термична проверка. При трудни условия на стартиране се проверява дали пусковият момент, развиван от двигателя, е достатъчен.

Определянето на номиналната мощност на двигателя при дългосрочно променливо натоварване се извършва по метода на средните загуби или по метода на еквивалентни стойности (ток, въртящ момент, мощност). Тези методи се състоят от термична проверка на предварително избран двигател. Предварително (условно) двигателят се избира според средната мощност на натоварване (виж фиг. 1.6, b):

(1.18)

където k = 1.11.3 е коефициентът на безопасност.

Според предварителната мощност R pr в каталога се избира двигател с номинална мощност R nom R pr и след това се използва един от методите за проверка за отопление.

Изборът на двигателя според средната мощност е неправилен, тъй като не отчита квадратичната зависимост на променливите загуби от тока. При големи колебания на натоварването средната мощност е подценена.

Ако за даден график на променливо натоварване (виж фиг. 1.6, b) електрическият двигател е избран според най-високата или най-ниската мощност, тогава в първия случай той ще бъде надценен, а във втория - подценен. Използването на свръхмощен двигател увеличава капиталовите разходи, води до намаляване на ефективността, cos. Използването на двигател с недостатъчна мощност намалява производителността и надеждността на електрическото задвижване, съкращава експлоатационния му живот.

Тези обстоятелства обуславят необходимостта от други методи за избор на номиналната мощност на двигателя с променлив товар - методът на средните загуби и методът на еквивалентните стойности.

Метод на средните загуби. При постоянно натоварване на вала (P ном), загубата на мощност остава непроменена (P ном). Когато натоварването се промени, загубата на мощност също се променя. Счита се, че двигателят се загрява еднакво, ако средната загуба на мощност (P cf) по време на цикъла при променливо натоварване е равна на загубата на мощност при постоянно номинално натоварване:

P cf = Р nom (1.19)

(това е вярно, ако продължителността на цикъла е много по-малка от продължителността на нагряване на двигателя).

По този начин, първо, за предварително избран двигател, съгласно формула (1.10), се определят номиналните загуби Р nom, а след това загубите P 1, P 2, ... във всеки участък от графиката на натоварване ( виж фиг. 1.6, b). След това намерете средните загуби по формулата

(1.20)

и проверете изпълнението на условието (1.19). Ако стойността на P nom надвишава Р av с повече от 10%, тогава изберете друг двигател и повторете изчислението. Този метод е доста точен, приложим при избора на двигатели от всякакъв тип, но е трудоемък.

Метод на еквивалентните стойности (ток, въртящ момент, мощност). Променливите загуби в двигателя са пропорционални на квадрата на тока на натоварване. Натоварващите токове, които променят стойността си, се заменят с еквивалентен непроменлив ток I eq, който освобождава същата топлина в двигателя като променящите се токове. Формулата за еквивалентен ток може да се получи въз основа на израз (1.20):

(1.21)

Намереният ток I eq се сравнява с тока I nom на предварително избрания двигател. Правилният двигател е избран, ако

I nom I eq. (1,22)

По-често се занимават с графика на моменти или мощности. Ако въртящият момент на двигателя е пропорционален на тока, тогава формулата (1.21) се превръща във формулата за еквивалентен въртящ момент:

(1.23)

Изборът на двигател се счита за правилен, ако номиналният въртящ момент на предварително избрания двигател

M nom M екв.

Ако оборотите на двигателя не се променят значително при промяна на натоварването, тогава може да се определи еквивалентната мощност

R eq = M eq 

(1.24)

Условието за правилния избор е неравенството

R nom R ek.

Методите за еквивалентен въртящ момент и мощност не са приложими за серийни двигатели, където въртящият момент не е пропорционален на тока.

Избраният двигател подлежи на задължителни проверки за претоварваща способност и пусков момент (при стартиране под товар).

Моментната способност за претоварване  m = M max / M номинални двигатели от различни типове има следните стойности.

Капацитет на претоварване  m двигатели

DC с общо предназначение. . . . . . . . . . . . 2

Специален (тягов) постоянен ток. . . . . . . . 3-4

Асинхронен с контактни пръстени. . . . . . . . . . . 2-2,5

Асинхронен с ротор с късо съединение на нормално изпълнение 1.8-3

Асинхронен дълбок канал с двойна клетка. . . . . 1,8-2,7

Синхронен. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2,5

Синхронен спец. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4

Колекционер променлив ток. . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3

Ако максималният въртящ момент на натоварване е по-голям от този, който двигателят може да развие, тогава се избира по-голям двигател.

Задвижване на маховика. За механизми с ударно натоварване (чукове, преси, машини за щамповане и др.) Електрическият двигател трябва да бъде избран не за отопление, а за механично претоварване, което би довело до надценяване на мощността. Но мощността на двигателя може да се намали и да се доближи до необходимото загряване, ако кривата на натоварване се "нивелира" с помощта на маховика.

В периоди на рязко увеличаване на натоварването (P 1 на фиг. 1.10) част от него се покрива от двигателя, а част се покрива от маховика, който отдава своята кинетична енергия. По време на разтоварване (до P 2) скоростта на задвижването се увеличава и запасът от енергия в маховика отново се увеличава. Така електродвигателят ще развие мощност, която е по-малка от P 1 и повече от P 2; еквивалентната мощност се доближава до средната мощност P. Следователно използването на маховик намалява номиналната мощност на двигателя. Но двигателят трябва да има достатъчно мека механична характеристика.

Ориз. 1.10. Графики Р(t) и (t) задвижване на маховика

При смяна на електродвигател със задвижване на маховика, двигателят трябва да бъде избран по същия начин като този, който се сменя.

1. Хранителна промишленост (4)

   Учебно-методичен комплекс

   ЗА ОБРАЗОВАНИЕ RF КЕМЕРОВСК ТЕХНОЛОГИЧЕН ИНСТИТУТ ХРАНАИНДУСТРИЯКатедра по ферментационни технологии и... на РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ Кемеровски технологичен институт хранаиндустрияКатедра "Технология на ферментационните производства и...

2. Хранителна промишленост (3)

   Лабораторна работа

   ЗА ОБРАЗОВАНИЕ Кемеровски технологичен институт хранаиндустрияКатедра: „Технология и организация на публичната ... копирна техника на Кемеровския технически институт хранаиндустрия 650010, Кемерово, ул. Красноармейская, ...

3. Хранителна промишленост (6)

   Урок

   Рошник В.А., Реховская Т.А. - Кемеровски технологичен институт хранаиндустрия. - Кемерово, 2000. - 132 с. ISBN ... технически университети. © Кемеровски технологичен институт храна

Работата на електрозадвижването и неговата енергийна ефективност по време на работа зависят от правилния избор на електродвигателя по отношение на мощността. В случаите, когато натоварването на електродвигателя е значително по-малко от номиналното, той се използва недостатъчно по отношение на мощността, което води до прекомерни капиталови инвестиции, забележимо намаляване на фактора на мощността и ефективността. Ако натоварването на вала на двигателя надвиши номиналната стойност, токовете в неговите намотки се увеличават, в резултат на което температурата на двигателя може да надвиши допустимата стойност. Това, на първо място, води до намаляване на електрическата якост на електроизолационните материали, което е свързано с опасността от разрушаване на изолацията на намотките и повреда на електродвигателя. В този случай един от критериите за избор на електродвигател по отношение на мощността е температурата на неговите намотки.

Задачата за избор на електродвигател по отношение на мощността се усложнява допълнително от факта, че натоварването на неговия вал по време на работа се променя с течение на времето и съответно се променя температурата на намотките. Ако при тези условия електродвигателят е избран така, че номиналната му мощност да е равна на максималната мощност на натоварване, то в периодите на нейното намаляване той ще бъде недостатъчно използван по отношение на мощността, което означава, че всички посочени отрицателни явления по-горе ще започне да се появява.

Изборът на електродвигател с номинална мощност, равна на минималната мощност на натоварване, като цяло е неприемлив от гледна точка на капацитета на претоварване и температурните условия.

Следователно разумно решение за избора на електродвигател може да се вземе само въз основа на диаграми на зависимостта на промените в натоварванията във времето, което позволява да се оцени неговата температура с известен характер на процеса на нагряване. Това ще осигури надеждна работа на електрозадвижването през целия период на неговата работа и е първата предпоставка за правилния избор на електродвигателя, като се вземе предвид режимът на работа на механизма.

Второто условие за правилния избор на електродвигател е неговата претоварваща способност да е достатъчна за стабилната му работа в периоди на максимално натоварване.

Третото условие за правилния избор на електродвигателя е да се осигури нормален процес на неговото стартиране.

1. Номинални режими на работа на електродвигатели

Режимът на работа е установеният ред на редуване, продължителност и големина на натоварването, празен ход, спиране, стартиране и обръщане на машината по време на работа.

Номиналният режим на работа на електродвигателя е режимът за работа, в който е проектирана от производителя електрическата машина. Това е един от параметрите на техническите му характеристики, дадени в паспорта или каталога. Именно за този режим каталозите и паспортът на електродвигателя показват номиналната полезна механична мощност на вала, номиналното напрежение, номиналния ток, номиналната скорост, номиналната ефективност, номиналния фактор на мощността, номиналния режим на работа.

Номиналните данни характеризират работата на електрическа машина, инсталирана на надморска височина до 1000 m, при температура на околната среда 40 ° С и охлаждаща вода 30 ° С 1 .

В съответствие с GOST 183-74 (ST SEV 1346-78) са установени осем номинални режима на работа на електрически машини, които в съответствие с международната класификация имат конвенции S1 - S8.

Режим на непрекъснато натоварванеS1 (непрекъснат режим)наречен режим, при който времето за работа на електрическа машина при практически постоянно натоварване и температура на охлаждащата среда е достатъчно, за да загрее всички нейни части до практически постоянна температура, фиг. 3.1а. Режимът се характеризира с постоянни топлинни загуби през цялото време на работа.

Режим на краткотрайно натоварванеS2 (краткосрочен режим)наричаме режима, при който периодите на работа с постоянно натоварване се редуват с периоди на изключване на електрическата машина (паузи), фиг. 3.1b, освен това по време на работа температурата на неговите части няма време да достигне постоянна стойност, а по време на паузи (изключвания) се охлажда до постоянна температура, която се различава от температурата на околната среда с не повече от 1С . Продължителността на периодите на работа в този режим, установена от GOST, е 10, 30, 60 и 90 минути. Трябва да се посочи в символа за режим на работа, например S2-60 min.

Режим на прекъснато натоварване (прекъснат)има три разновидности S3, S4, S5. Тя се различава от краткосрочно регулираната от продължителността на включване при постоянно натоварване и продължителността на периодите на изключване (паузи). Работното време на електрическата машина винаги е по-малко от времето, необходимо за нагряване на нейните части до постоянна температура, а времето на пауза е по-кратко от това, необходимо за охлаждане на машината до практически студено състояние. Продължителност на цикъла 10 мин. (600 сек.), освен ако не е посочено друго.

Режим на периодично натоварванеS3 – последователност от еднакви работни цикли, всеки от които се състои от периоди на работа при постоянно натоварване и забранено стационарно състояние, фиг. 3.1c. Тъй като продължителността на стартовия период е много по-малка от периода на работа под товар, се приема, че няма ефект върху нагряването на електрическата машина на стартовия ток и увеличаване на мощността на топлинните загуби по време на старта- нагоре. За режим S3характеризиращ е само един параметър - продължителността на включването:

където – период на работа при номинални условия, s.;

– период на разединено, неподвижно състояние, с.;

– продължителност на цикъла, s.

За всички разновидности S3, S4, S5периодичен режим, номиналният работен цикъл се приема за 15, 25, 40, 60%.

Символ в режим S3работният цикъл се посочва в %, например S3-40%.

Режим на периодично натоварване, включително стартиране,S4 - последователност от идентични работни цикли, всеки от които се състои от периоди на стартиране, работа при постоянно натоварване и деактивирано стационарно състояние (паузи) Фиг. 3.1d. Времето за пускане е съизмеримо с времето за работа под товар, поради което пусковият ток и увеличаването на мощността на топлинните загуби през периода на пускане оказват пряко влияние върху нагряването на електрическата машина (електродвигателя).

За режим S4характеризиращи параметри са:

работен цикъл

а– S1,b- С2 , b – S3,Ж– S4,д– S5,д– S6,и– S7,ч– S8

t c - време на цикъл.

T, топлинна загуба мощност  Р T

а– S1,b- С2 , b – S3,Ж– S4,д– S5,д– S6,и– S7,ч– S8

t c - време на цикъл.

T, топлинна загуба мощност дР T, температура на двигателя Q

а– S1,b- С2 , b – S3,Ж– S4,д– S5,д– S6,и– S7,ч– S8

t p - начален час; t p - време на работа при номинални условия;

t t - спирачно време; t x - време на празен ход; t 0 - време на пауза;

t c - време на цикъл.

Фигура 3.1 - Диаграма на полезния механичен въртящ момент на вала на двигателя T, топлинна загуба мощност дР T, температура на двигателя Qпри различни номинални режими на работа

а– S1,b- С2 , b – S3,Ж– S4,д– S5,д– S6,и– S7,ч– S8

t p - начален час; t p - време на работа при номинални условия;

t t - спирачно време; t x - време на празен ход; t 0 - време на пауза;

t c - време на цикъл.

Фигура 3.1 - Диаграма на полезния механичен въртящ момент на вала на двигателя T, топлинна загуба мощност дР T, температура на двигателя Qпри различни номинални режими на работа

коефициент на инерция:

където T н– начален час, с.;

– инерционен момент на котвата (ротора) на двигателя, kgm 2 ;

– инерционният момент на задвижващия механизъм, приведен към вала на двигателя, kgm 2 ;

- броят на включванията в един цикъл.

Номинални стойности:

–30, 60, 120, 240;

–1.2, 1.6, 2, 2.5, 4, 6.3, 10.

,,

, напр S4-25%, 120 включени/час,FI - 2.0 . Това означава, че електродвигателят с коефициент на инерция

=2.0 е предназначен за работа при 120 стартирания на час, продължителността на всеки цикъл е 3600/120 = 30 s, от които сумата от началното време и работно време е 25% т.е. 7,5 s, а времето за пауза е 22,5 s.

Режим на прекъснато натоварване, включително стартиране и електрическо спиране,S5 – последователност от еднакви работни цикли, всеки от които се състои от периоди на стартиране, работа при постоянно натоварване, бързо електрическо спиране и изключено, стационарно състояние, фиг. 3.1г. Продължителността на тези периоди е недостатъчна за постигане на термично равновесие по време на един цикъл.

За режим S5продължителност на превключване:

където – време на електрическо спиране, s.

Останалите параметри са същите като S4. Понякога за режима S5те също използват такава характеристика като константата на кинетичната енергия - съотношението на кинетичната енергия, съхранявана от ротора (котвата) на електрическата машина при номинална честотавъртене (ъглова скорост) до номиналната мощност на електрическата машина.

Символът на режима е подобен S4, напр S5 - 40%, 60 включени/час,FI - 1.2 .

РежимиS6 , S7 , S8 са разновидности на непрекъснат режим и се наричат ​​периодични режими.

Непрекъснат режим на работа с променлив товар (прекъснат режим)S6 - последователност от еднакви работни цикли, всеки от които се състои от периоди на работа при постоянно натоварване и на празен ход, фиг. 3.1д. Ефектът от стартовите токове и мощността на топлинните загуби върху нагряването на частите на електродвигателя по време на стартовия период не се взема предвид.

Топлинното равновесие не възниква по време на един цикъл. Продължителността на един цикъл, ако няма други показания, се приема за 10 минути (600 s). За режим S6характеризиращият параметър е продължителността на натоварването (работата):

където T х- време (продължителност) на празен ход, s.

Номинални стойности

– 15, 25, 40, 60%.

Символът за режим показва

в %, например S6 - 15%.

Непрекъснат режим на работа, включително стартиране и електрическо спиране (прекъснат режим с чести обръщания по време на електрическо спиране)S7 - последователност от еднакви цикли, всеки от които се състои от периоди на стартиране, работа при постоянно натоварване и електрическо спиране, фиг. 3,1 g. Поради кратката продължителност на постоянно натоварване, загубите по време на стартови периоди, по време на заден ход и електрическо спиране оказват значително влияние върху нагряването на частите на двигателя. Продължителността на работния период е недостатъчна за постигане на топлинно равновесие по време на един цикъл.

За този режим характерните параметри са: брой пускания на час, коефициент на инерция, напр. S7 - 120 вкл./час,

-2.5 .

Режим на работа с периодични промени в скоростта и натоварването (прекъсната работа с две или повече скорости)S8 - последователност от идентични работни цикли, всеки от които се състои от периоди на ускорение, работа при постоянно натоварване, съответстващо на дадена скорост, след това един или повече периоди на работа при други постоянни стойности на натоварване, съответстващи на други скорости, фиг. 3.1z. Промяната в мощността на топлинните загуби на електродвигателя по време на прехода към различна скорост с различен товар и по време на електрическо спиране оказва значително влияние върху нагряването на частите на електродвигателя.

За режим S8характеризиращи параметри са: броя на включванията на час; коефициент на инерция; натоварване, съответстващо на всяка от честотите на въртене; скорост на въртене при съответния товар, продължителност на натоварването при всяка от скоростите на въртене, фиг. 3,1 часа:

Символът за режим включва например горните характеристики S8 - 60 вкл./час;

- 2,0; 22 kw; 740 об/мин; 40%; 55kw; 1470 об/мин; 60%.

В допълнение към основните номинални режими на работа на електрическите машини ( S1 – S8) в практиката на работа на електродвигатели могат да се разграничат: краткотраен режим на натоварване с време на цикъл значително по-малко от 10 минути; редуващ се режим на заден ход; стохастичен режим на натоварване.

Режим на краткотрайно натоварване с малка продължителност на работния цикъле частен случай на режими S2, S3и се различава от тях по това, че времето за работа в този режим е съизмеримо с времето за стартиране на електродвигателя. В тази връзка загубите в електродвигателя трябва да се разглеждат като функция на времето, а не като константи.

Алтернативен режим на заден ходсе отнася до режима S7, но се различава от него по симетрична мощностна графика за различни посоки на въртене. В допълнение, работният цикъл е сравним във времето с времето на обръщане и следователно при изчисляване на загубите е необходимо да се вземат предвид апериодичните компоненти на тока и магнитния поток.

Стохастичен (произволен) режим на натоварванесе характеризира с вероятностни характеристики на натоварването върху вала и графиката на случайното натоварване не може да бъде изразена като детерминистична функция на времето.

Още веднъж обръщаме внимание на факта, че в каталозите, паспортите за електрически машини са посочени номиналните режими, а техническите данни са за тези номинални режими.

Тъй като режимът на работа на реални машини и механизми, като правило, не съвпада с един от разглежданите номинални, задачата за избор на електродвигател по отношение на мощността за задвижване на истинска машина, механизъм е правилното сравняване на неговия режим на работа с паспортен номинален режим на електродвигателя, осигуряващ максимално използване на избрания електродвигател според условията на отопление.