A escolha dos motores elétricos é feita de acordo com os seguintes parâmetros e indicadores: tipo de corrente e tensão nominal, potência e velocidade nominais, tipo de característica mecânica natural, bem como partida, regulagem, qualidades de frenagem e projeto. Uma tarefa importante é a escolha correta de motores para operação em determinadas condições ambientais.
Ao escolher um motor para potência, é importante prever seu uso total no processo. Um motor com potência superestimada, em relação à necessária, opera em subcarga e apresenta a pior eficiência e fator de potência. Um motor de baixa potência será sobrecarregado com corrente, o que levará a grandes perdas de energia e, como resultado, a temperatura de seus enrolamentos excederá a permitida. Portanto, a temperatura dos enrolamentos do motor é o principal critério pelo qual o motor é selecionado em termos de potência.
Em alguns casos, a tarefa de escolher um motor por potência é ainda mais complicada pelo fato de que a carga em seu eixo durante a operação não permanece constante, mas muda ao longo do tempo, como resultado da alteração da temperatura dos enrolamentos do motor. Se a variação da carga no eixo do motor ao longo do tempo for conhecida, é possível julgar a natureza da variação nas perdas de energia no motor, o que possibilita selecionar o motor de tal forma que a temperatura de sua enrolamentos não exceda o valor permitido. Nesse caso, será observada a condição para garantir a operação confiável do motor durante todo o período de operação.
Por trabalho de curto prazo motores projetados para operação contínua podem ser usados.
Para operação intermitente, como regra, são usados ​​motores especialmente projetados. Todos os seus dados técnicos são fornecidos nos catálogos para ciclos de trabalho padrão. Por exemplo, se o passaporte do motor para acionar o compressor de uma locomotiva elétrica indica que PV = 50% (21 kW), é possível realizar uma potência de 21 kW sem medo de superaquecimento, apenas durante o tempo de trabalho, que é 50% da duração do ciclo. No restante do tempo de ciclo (50%) o motor não deve funcionar (pausa). Um mesmo motor permite a operação em diferentes ciclos de trabalho. Mas quanto mais PV, menor deve ser sua carga.
O modo contínuo pode prosseguir com uma carga constante ou variável. A potência nominal indicada no catálogo é a potência máxima que pode ser desenvolvida pelo motor com uma carga constante em seu eixo.
A escolha de um motor operando por muito tempo com carga variável (o diagrama de carga é mostrado na Fig. 1) é feito de acordo com o método das perdas médias ou os métodos de corrente, torque e potência equivalentes.

Método das perdas médias.

Baseia-se na suposição de que o motor funcionará de acordo com um determinado cronograma de carga sem exceder a temperatura permitida, se as perdas médias desse cronograma de carga Σрср não excederem as perdas totais de energia no modo de operação nominal do motor Σрnom, ou seja, a condição é cumprida
(1)
Conhecendo os valores nominais de eficiência t] nom e potência útil e usando a fórmula, você pode determinar a perda total de energia no modo nominal:
(2)
Seja qualquer intervalo de tempo tu de acordo com o diagrama de carga de perda de mudança na Fig. 1 corresponde à potência Pi realizada pelo motor, na qual as perdas totais nele são 2/7/. Então as perdas médias para todo o tempo de operação do motor
(3)
O método de perda média é bastante preciso e pode ser usado para selecionar qualquer tipo de motor. No entanto, exige cálculos de perdas específicos para cada trecho, o que nem sempre é viável.
Método de corrente equivalente.
Com base no método de perda média. Neste caso, considera-se que as perdas médias são criadas no motor carregado com tal corrente constante (equivalente) calculada /ek, que libera a mesma quantidade de calor durante a operação que as correntes reais. O fator de carga correspondente ao /ek atual é chamado de equivalente: ku e = /ek/Unom.
Então, de acordo com as expressões (13.7) e (15.8), temos:

Arroz. 1. Diagrama de carga e mudança nas perdas no motor durante operação contínua em carga variável
Substituindo aqui os valores dos fatores de carga, excluindo os termos com p0, reduzindo o restante por Rm.vonom e convertendo, encontramos o valor da corrente equivalente
(4)
onde in é a duração de um ciclo completo do motor. O motor está selecionado corretamente se a condição for atendida
(5)
O método de corrente equivalente baseado no método de perda média também pode ser usado para selecionar qualquer motor.

Método do momento equivalente.

Lembre-se que o torque dos motores corrente direta paralelo e excitações independentes, bem como síncrono, de acordo com a expressão, M \u003d s "m / I
Esta circunstância permite introduzir o conceito de momento equivalente MEC correspondente à corrente equivalente /ek:

Portanto, da mesma forma que (15.19), a expressão para o momento equivalente tem a forma
(6)
Condição para a escolha correta do motor
(7)
Método de potência equivalente. Permite avaliar o aquecimento do motor através da potência constante equivalente ao rack (potência que, de acordo com as condições de aquecimento, é equivalente à potência real em mudança). Este método é aplicável nos casos em que, quando a carga muda, a velocidade angular do motor permanece constante ou muda ligeiramente, ou seja, Ω = const (característica mecânica natural dura).
Como Pnom = MnomΩnom e Rek = A * ekΩnom - de (6) obtemos a expressão para a potência equivalente
(8)
O motor está selecionado corretamente se a condição for atendida
(9)
Os métodos de torque e potência equivalentes são aplicáveis ​​para a seleção preliminar do motor e cálculos que não exigem grande precisão. Esses métodos são completamente inaceitáveis ​​para motores DC excitados em série, uma vez que seu fluxo magnético e velocidade de rotação mudam drasticamente com uma mudança na corrente de carga.
O motor selecionado por qualquer um dos métodos também deve ser verificado quanto à sobrecarga permitida para que os valores máximos de corrente, torque ou potência (de acordo com o diagrama de carga) não excedam os valores correspondentes permitidos para este motor.

A escolha correta da potência do motor para um determinado mecanismo, levando em consideração seu regime técnico, é de grande importância para os indicadores técnicos, econômicos e operacionais. Se a potência do motor elétrico for subestimada ao escolher, o motor elétrico não fornecerá a confiabilidade e a durabilidade necessárias. A dependência do fator de potência na carga é mostrada no gráfico. Se um EM sobrecarregado for selecionado, ou seja, com baixo fator de carga, tem baixo desempenho econômico e energético.

Portanto, eles tentam selecionar o ED de tal forma que Рnom=Kzap*Ref.

Neste caso, a potência efetiva é determinada usando a característica de carga, e o fator de segurança é introduzido levando em consideração a imprecisão do gráfico de característica de carga.

Sequência de seleção de energia EM:

1. Pré-seleção de potência: consiste na análise do diagrama de carga e na escolha do Kzap.

2. Verificação da exatidão da seleção preliminar de acordo com o regime térmico. Produzido por análise precisa.

3. Verifica-se a possibilidade de lançamento.

4. Verificando a exatidão da escolha para carga mecânica de curto prazo.

Seleção de potência do motor para serviço contínuo:

A) sob carga constante.

Nesse caso, não é necessário um cálculo preliminar da potência, mas a potência efetiva do mecanismo é determinada usando expressões exatas ou empíricas, que são então comparadas com a potência nominal do motor. Existem certas fórmulas para calcular o poder efetivo de vários tipos de mecanismos. Se Ref.< 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.

Para quaisquer modos com carga variável, a escolha da potência é uma tarefa muito mais difícil e consiste em várias etapas, sendo a principal a verificação da exatidão da escolha do aquecimento. Ao mesmo tempo, para qualquer modo, o método mais preciso de tal verificação é a construção de uma curva de aquecimento de um motor real, levando em consideração seu modo, seguido pela comparação de tset< tдоп.

B) com carga variável.

Deixe o diagrama de carga parecer:

Sequência de seleção de potência do motor:

1. O motor é pré-selecionado, para o qual o valor médio aritmético da potência de acordo com o diagrama de carga é comparado com a potência nominal de acordo com o catálogo.

2. Eles verificam a exatidão da escolha do motor para aquecimento. Essa verificação pode ser realizada pelo método universal de perdas, pois o cálculo e construção de curvas de aquecimento é uma tarefa complexa e nem sempre solucionável.

De acordo com um determinado esquema de carga, são determinadas as perdas de potência médias para o ciclo de operação do motor DPav, que são então comparadas com as perdas de potência nominais do motor.

Se a condição DРav £ DРnom for satisfeita, o motor atende às condições de aquecimento.

DP1, DP2,…, DPn - perdas de potência em cada seção do diagrama de carga;

hi - eficiência na i-ésima seção do diagrama de carga

3. Verificar a exatidão da escolha de acordo com as condições de lançamento (se possível). Para isso, Mstart ³ M1, se não for executado, escolha um motor com propriedades de partida aprimoradas ou maior potência.

4. O motor é verificado quanto a sobrecarga mecânica de curto prazo. Para isso, o momento crítico do motor de acordo com seu passaporte é comparado com o momento máximo de acordo com seu diagrama.

Se a condição 4 for atendida, o motor foi selecionado corretamente, caso contrário, o motor será selecionado com maior capacidade de sobrecarga ou com maior potência.

No entanto, apesar do método de perda média ser suficientemente preciso e universal, ou seja, pode ser aplicado a qualquer tipo de motor, existem algumas dificuldades. Portanto, em cálculos de engenharia, métodos menos precisos e universais de quantidades equivalentes são mais usados, que incluem:

A) método de corrente equivalente

B) método dos momentos equivalentes

C) o método das potências equivalentes.

Método de corrente equivalente:

Baseia-se no fato de que a corrente real, correspondente ao diagrama de carga e mudando de acordo, é substituída por uma certa corrente equivalente, que, durante o ciclo de operação, libera a mesma quantidade de calor no motor que a corrente realmente variável.

Neste caso, a perda de potência no motor:

Na maioria das vezes, o diagrama de carga do campo elétrico é especificado precisamente nas coordenadas M(t), portanto, desse ponto de vista, o método dos momentos equivalentes é mais conveniente. No entanto, a dependência proporcional exata M(I) é típica apenas para DPT com NI. Para AM, o momento também depende do fator de potência cosj. Portanto, em relação à pressão arterial, esse método não fornece precisão suficiente. Geralmente é usado para IM de baixa potência e na parte linear da característica.

Método de potência equivalente:

Baseia-se na dependência proporcional da potência no momento: Р=М×w, Р º M. O critério para a escolha correta é: Рnom ³ Req. De todos os métodos listados, o método de potência equivalente é o menos preciso e é usado apenas para DCTs com NV.

Seleção de potência do motor para operação de curta duração:

Os motores são produzidos em série, no passaporte em que a duração nominal da ativação é definida para 10, 30, 60, 90 minutos. Além disso, a eficiência é definida ao operar em modo de curto prazo e Pcr; em hpr longo e Rpr.

Рt=DРcr/DРpr=tset/t¢set=tset/tadm.

Sequência de seleção:

No passaporte de motores produzidos em série para serviço de curto prazo S2, além da pontualidade, são indicadas a potência durante a operação de curto prazo, a eficiência durante a operação de curto prazo, a potência e a eficiência em operação contínua.

1. Determinar DРcr e DРpr:

Dcr=Рcr*(1-hcr)/hcr;

Dpr=Pr*(1-hpr)/hpr;

2. Determine o coeficiente de sobrecarga térmica: Рт=DPcr/DPpr.

3. Тн=tр/(ln(1-Рт)/Рт). Substituindo tr do passaporte e o coeficiente de sobrecarga térmica do parágrafo anterior, encontramos a constante de tempo de aquecimento Tn, com a qual você pode facilmente construir uma curva de aquecimento do motor e selecionar a potência do motor a partir dessa curva.

Escolha da potência do motor para modos de operação intermitentes:

Para os modos S4 e S5, geralmente são usados ​​motores disponíveis comercialmente para o modo S3 com PV% padrão = 15; 25; 40; 60%, ou motores disponíveis comercialmente para o modo S1. Neste caso, ao escolher a potência do motor, assume-se o ciclo de trabalho = 100%. Na maioria das vezes, o método de momentos equivalentes é usado como aparato matemático para verificar a correção da escolha do aquecimento. Ao mesmo tempo, na fórmula de torque equivalente, são introduzidos fatores de correção, que têm a designação b(), e que levam em consideração a deterioração na transferência de calor do motor durante a aceleração, desaceleração, pausa em relação à transferência de calor ao trabalhar com w=const.

c) O valor encontrado de Mekv é trazido para o PV% padrão e Mekvpriv é encontrado:
d) de acordo com o catálogo, um mecanismo é selecionado, no qual Mnom ³ Mekvpriv.

Depois disso, o motor é verificado quanto à capacidade de partida e sobrecargas de curto prazo da mesma forma que para S1 com carga variável.

A tarefa de escolher um motor elétrico inclui:

escolha do tipo de corrente e tensão nominal;

escolha da velocidade nominal;

escolha do projeto;

determinação da potência nominal e seleção do motor correspondente no catálogo.

Em condições de produção, nem sempre é necessário resolver todo o complexo dessas questões. Alguns deles podem ser dados: tipo de corrente, tensão, velocidade. A principal importância neste caso é a determinação correta da potência e do tipo de design do motor.

Antes de resolver o problema de escolher um motor elétrico, é necessário imaginar claramente o funcionamento do mecanismo para o qual é selecionado: se o motor com o mecanismo funcionará por muito tempo ou por pouco tempo, a uma velocidade constante ou ajustável velocidade, se (e como) o momento de resistência e potência irá mudar durante a operação. As respostas a essas perguntas podem ser dadas pela construção de diagramas de carga. As perguntas são então respondidas na ordem listada.

Escolha da corrente e tensão do motor . Esta escolha é baseada em considerações econômicas. Os motores elétricos têm um custo elevado, pois são produtos complexos que utilizam materiais elétricos valiosos projetados para uma longa vida útil (20 anos). Portanto, a escolha começa com um “encaixe” de adequação para acionar os motores mais simples e baratos - trifásicos assíncronos com rotor em curto-circuito e até os mais complexos e caros - motores CC.

A escolha do tipo de corrente do motor elétrico determina a escolha de sua tensão nominal, que geralmente é tomada igual à tensão da fonte de alimentação da oficina, fábrica, canteiro de obras (na maioria das vezes é rede trifásica com tensão principal 380,220 V). Aumentando ou diminuindo a tensão para motores que utilizam transformadores, o uso de retificadores para motores CC leva a um aumento no custo dos equipamentos elétricos.

Seleção de velocidade nominal do motor. A alta velocidade do motor elétrico permite reduzir suas dimensões gerais, peso e custo. Mecanismos de trabalho, pelo contrário, geralmente exigem velocidades reduzidas. Para combinar as velocidades do motor e do mecanismo, uma caixa de câmbio é instalada, o que aumenta o custo do acionamento elétrico. A questão da relação racional do motor-redutor é decidida pelo projetista ao projetar o mecanismo.

A escolha do design do motor. O projeto da série moderna de motores elétricos leva em consideração três fatores: proteção contra influências ambientais, fornecimento de refrigeração e método de instalação.

Na tabela. 1 mostra uma sequência aproximada para escolha do tipo de motor elétrico, dependendo de sua finalidade.

Tabela 1.1

Sequência aproximada de seleção do tipo de motor

tipo de motor	Propósito
Assíncrono com rotor de curto-circuito de normal Versões	Para um acionamento não regulado que não requer grandes torques de partida, com
Assíncrono com rotor de curto-circuito de ranhura profunda ou gaiola de esquilo dupla	O mesmo se forem necessários altos torques de partida
Assíncrono com anéis deslizantes	Partidas frequentes com altos torques de partida e baixas correntes, regulação de velocidade (regulação do reostato antieconômica)
Síncrono	Para um acionamento não regulado em operação contínua, regulação cos (em Р 100 kW, SM é mais econômico que IM)
Corrente direta	Regulação de velocidade em uma ampla faixa, garantindo boas qualidades de partida, capacidade de sobrecarga

De acordo com o método de proteção contra influências ambientais, os motores elétricos são fabricados em versões protegidas, fechadas e à prova de explosão.

Os motores, protegidos de pequenos objetos e quedas, são projetados para operação em ambientes secos e livres de poeira.

Motores fechados são instalados em salas com alta umidade, atmosfera poluída com poeira com inclusões metálicas, óleo ou vapores de querosene.

Os motores à prova de explosão possuem uma carcaça que pode resistir a uma explosão de gás dentro da máquina e, assim, excluir a liberação de chamas para o ambiente. Destinam-se ao trabalho em salas de explosivos (minas). Na tampa da caixa de terminais desses motores há um sinal de alívio PB - mina à prova de explosão ou VZG - à prova de explosão em ambiente gasoso. Sem esses sinais, é proibido o uso de motores em ambientes explosivos. Também é impossível instalar um motor protegido em vez de um motor fechado.

De acordo com o método de resfriamento, os motores são diferenciados com resfriamento natural, autoventilação interna ou externa e sopro externo (forçado).

De acordo com o método de montagem, existem motores com disposição de eixo horizontal e cama nas pernas, com disposição de eixo vertical e flange na blindagem inferior, etc. O motor selecionado deve ter a mesma instalação, fixação e conexão ao mecanismo que o que está sendo substituído.

A escolha da potência do motor. A etapa final é determinar a potência nominal do motor e selecionar o motor apropriado no catálogo. No entanto, a potência nominal é fácil de determinar apenas durante a operação de longo prazo com uma carga constante, que é considerada a nominal. Na grande maioria dos casos, o torque, a potência e a corrente do motor mudam com o tempo. Os diagramas de carga de mecanismos de muitos mecanismos incluem períodos de trabalho e pausas. Com uma carga tão variável, o motor deve satisfazer as condições de aquecimento admissíveis, ter um torque máximo suficiente para superar possíveis sobrecargas de curto prazo e, na partida com carga pesada, ter um torque de partida em excesso para garantir a aceleração do inversor.

1.3. Aquecimento e refrigeração de motores elétricos

O funcionamento do motor elétrico é acompanhado pela perda de parte da energia, que é convertida em calor. Perda de energia

Р = Р(1/ - 1) (1,10)

quanto mais, mais potência P o motor desenvolve no eixo e menor sua eficiência. Portanto, com o aumento da carga, a temperatura do motor aumentará e poderá atingir valores perigosos.

De acordo com a resistência ao calor, os materiais isolantes são divididos em várias classes. Portanto, o isolamento de classe A (materiais fibrosos impregnados) permite temperaturas de aquecimento de até 105 0 С; classe B (materiais à base de mica, amianto e fibra de vidro com impregnação) - até 130 0 C, e os mesmos materiais com ligantes de organossilício - até 180 0 C (classe H).

As temperaturas de operação especificadas são baseadas na vida útil dos motores elétricos de 15 a 20 anos em carga nominal. Com uma carga de 1,5 motor nominal falha após 3 horas.

A temperatura do motor depende não apenas de sua carga, mas também da temperatura do líquido de arrefecimento. Nos cálculos, é considerado igual a +40 0 C. A diferença entre as temperaturas do motor e do meio de resfriamento é chamada de aumento de temperatura ou temperatura de superaquecimento e é denotada  . Por exemplo, para isolamento de classe A generalizado, a temperatura de superaquecimento permitida é de 65 0 C.

Ao calcular os processos de aquecimento e resfriamento de motores elétricos, uma máquina elétrica é simplesmente considerada como um corpo homogêneo que aquece uniformemente e irradia calor para o ambiente com toda a sua superfície. Antes da operação, o motor tem uma temperatura ambiente, então todo o calor liberado nele vai para aumentar a temperatura do motor, respectivamente, capacidade calorífica C, Wts/graus. Quando sua temperatura se torna maior que a temperatura ambiente, inicia-se o processo de transferência de calor para o ambiente. A uma carga constante, após algum tempo a temperatura do motor atinge um valor de estado estacionário, no qual todo o calor liberado no motor é liberado para o ambiente. Há equilíbrio térmico.

A equação de balanço de calor para um motor elétrico a uma carga constante tem a forma

Pdt = Cd + Adt, (1,11)

onde d - superaquecimento, deg., correspondente ao elemento de tempo dt, para o qual a energia Pdt é liberada; A - transferência de calor durante o aquecimento, W / deg.

A partir do momento do equilíbrio térmico, o aumento da temperatura do motor pára (d = 0). A temperatura de superaquecimento no estado estacionário é determinada pela expressão

 boca \u003d P / A. (1.12)

Cada carga do motor tem sua própria temperatura definida. Obviamente, o motor só pode ser carregado com tal potência na qual o superaquecimento em regime permanente de sua isolação não exceda o valor máximo permitido. Essa potência é chamada nominal.

Pode-se ver pela expressão (1.12) que o superaquecimento em regime permanente aumenta com a diminuição da transferência de calor A. Quanto melhor o motor resfria durante a operação, menor é o superaquecimento em regime permanente. Portanto, os motores são equipados com ventiladores e carcaças nervuradas são usadas para aumentar a superfície de resfriamento.

Dividimos a equação (1.11) por Adt e, levando em consideração (1.12), a reescrevemos na forma

(1.13)

onde Тu = С/А é a constante de tempo de aquecimento.

A solução desta equação diferencial linear dá a lei da mudança de temperatura do motor ao longo do tempo:

onde  start é o aumento de temperatura inicial com o qual o motor começa a trabalhar.

Se o motor der partida em um estado "frio", então  start = 0 e

(1.15)

Na fig. 1.5 mostra as curvas de aquecimento exponencial do motor elétrico a uma carga constante. As curvas 1 e 2 correspondem ao funcionamento do motor a partir de um estado “frio” ( inicial = 0) em cargas baixas (1) e altas (2), a curva 3 corresponde ao funcionamento quando o motor já apresentava um aumento inicial de temperatura  inicial =  03.

A curva 3 pode ser considerada como um excesso da temperatura do motor se a temperatura ambiente aumentou em  03 em comparação com a curva 2. A temperatura constante é atingida quase com o tempo (3 5) Ti.

As curvas de aquecimento e resfriamento são exponenciais. A temperatura estável é atingida quase dentro do tempo (35) T e (erro 5 e 0,5%, respectivamente).

Depois de desconectar o motor da rede, a liberação de calor nele

Arroz. 1.5. Curvas de aquecimento e resfriamento do motor

pára: P = 0,  set = 0, e a expressão (1.14) para o processo de resfriamento terá a forma

 start e - t / T cool, (1.16)

onde T cool = C/A cool; A cool - transferência de calor durante o resfriamento.

As curvas de resfriamento do motor são mostradas na fig. 1.5. Tempo de resfriamento do motor elétrico até a temperatura constante ou até a temperatura ambiente t cool = (35) Т cool. A intensidade do arrefecimento do motor depende do método de ventilação e da sua velocidade. Em um motor estacionário, com autoventilação, as condições de resfriamento são muito piores do que em um motor rotativo. Portanto, a constante de resfriamento Tcool aqui é 2-3 vezes maior que Tu. Durante a operação, purgas regulares e limpeza da superfície do motor contra poeira aumentam a transferência de calor e garantem seu uso completo.

1.4. Modos de operação nominais de motores elétricos

Ao considerar as leis de aquecimento e resfriamento de motores elétricos, assumiu-se que a carga do motor permanece inalterada por um longo tempo, portanto, o limite de superaquecimento  estabelecido também não é alterado. Na realidade, a carga do motor pode variar de diferentes maneiras em valor. Além disso, o motor pode desligar por um tempo.

Para ter em conta as várias condições de funcionamento do motor eléctrico e determinar correctamente a sua potência, são calculados e construídos os diagramas de carga M (t), P (t) (ver Fig. 1.4) ou I (t). Pelo tipo de diagrama de carga, determine o modo de operação do motor. Os modos são padronizados. Existem três modos principais: longo prazo (S1), curto prazo (S2) e intermitente (S3). Para cada um deles, as condições de aquecimento e resfriamento são diferentes.

Modo longo. Longo prazo é o modo em que a temperatura do motor elétrico atinge um valor constante.

Distinguir entre um modo longo com cargas constantes e variáveis. Ventiladores, bombas, compressores, alguns transportadores, máquinas têxteis funcionam por muito tempo com uma carga constante. O diagrama de carga para este modo é mostrado na fig. 1.6, a.

Compressores alternativos, laminadores, torneiros, furadores, fresadoras, etc. trabalham por muito tempo com carga variável (Fig. 1.6, b).

Arroz. 1.6. Diagramas P(t) e (t) do motor em modo de longo prazo com

cargas constantes (a) e variáveis ​​(b)

Na blindagem de um motor elétrico projetado para operação contínua, o modo nominal é indicado pela palavra abreviada "Dur". Ou o símbolo S1.

Dever momentâneo . Neste modo, o motor elétrico funciona por um tempo limitado, durante o qual a temperatura não atinge um valor constante. As pausas no trabalho são tão grandes que o motor tem tempo para esfriar completamente. O diagrama de carga e o superaquecimento do motor no modo de curto prazo são mostrados na fig. 1.7.

No modo de carga de curto prazo, operam acionamentos auxiliares de máquinas-ferramenta, pontes levadiças, eclusas, válvulas para dutos e gasodutos e outros mecanismos. A placa de identificação do motor de serviço intermitente indica o tempo de operação na potência nominal: 30, 60 e 90 minutos e o símbolo S2. Para uso universal, os motores de serviço de curta duração não são produzidos em grandes séries.

Modo intermitente. Neste modo, curtos períodos de operação alternam-se regularmente com curtos períodos de pausas, e durante o período de carga, a temperatura do motor não atinge um valor constante, e durante o período de pausa (desligamento), não há tempo para cair para o nível da temperatura do líquido de arrefecimento. Os gráficos de tal regime são mostrados na Fig. 1.8. O superaquecimento do motor elétrico muda ao longo de uma linha quebrada em dente de serra, composta por segmentos das curvas de aquecimento e resfriamento. Com a repetição repetida de ciclos, o superaquecimento flutua em torno de um certo valor médio  cf.

Arroz. 1.7. Diagramas P(t) e (t) 1.8. Diagramas Р(t) (t)

motor em curto motor em re-

modo temporário modo de curto prazo

trabalho Trabalho

Um exemplo típico de operação intermitente são os acionamentos elétricos de guindastes, bem como os acionamentos elétricos da maioria das máquinas de corte de metal.

A indústria elétrica produz motores de guindastes especiais projetados para trabalhar em dispositivos de elevação e transporte. Na blindagem de tal motor, na coluna "modo de operação", o símbolo S3 e o ciclo de trabalho relativo PV% (também indicado por ) são indicados:

Arroz. 1.9. Diagramas reais (a) e idealizados (b) P(t)

motor em modo intermitente

(1.17)

onde t p é o tempo de operação; t p - duração da pausa; t c - duração do ciclo.

A duração do ciclo de modo intermitente para motores elétricos de guindaste de acordo com GOST não deve exceder 10 minutos.

O valor de PV é padronizado e é 15, 25, 40 e 60%. Por exemplo, se na blindagem do motor do guindaste for indicado P nom = 11 kW a 40% do ciclo de trabalho, isso significa que este motor pode operar com uma carga nominal de 11 kW por 4 minutos, e nos próximos 6 minutos deve ser desconectado da rede.

O diagrama real pode se parecer com a Fig. 1.9, a, sob carga, quando sua duração e pausa não são iguais. Nesse caso, um diagrama equivalente (idealizado) é construído (Fig. 1.9, b), onde t c \u003d t p +t p e PV \u003d t p /t c.

1.5. Cálculo de potência e seleção do motor

para operação contínua

A determinação da potência nominal do motor para operação contínua com carga constante (ver Fig. 1.6, a) é reduzida ao cálculo da potência P do atuador, reduzida ao eixo do motor (levando em consideração a eficiência das engrenagens, caixas de engrenagens, etc.) .). De acordo com a potência P recebida nos catálogos, é selecionado um motor com potência nominal P nom R s (o tipo de corrente, tensão, frequência e projeto do motor são pré-selecionados). A potência nominal indicada no catálogo é a potência máxima que o motor foi projetado para operação contínua sem risco de superaquecimento. Como a carga é constante, nenhuma verificação térmica especial é necessária. Em condições de partida difíceis, verifica-se se o torque de partida desenvolvido pelo motor é suficiente.

A determinação da potência nominal do motor sob carga variável de longo prazo é realizada pelo método de perdas médias ou pelo método de valores equivalentes (corrente, torque, potência). Esses métodos consistem em uma verificação térmica de um motor pré-selecionado. Preliminarmente (provavelmente) o motor é selecionado de acordo com a potência de carga média (consulte a Fig. 1.6, b):

(1.18)

onde k = 1,11,3 é o fator de segurança.

De acordo com a potência preliminar R pr no catálogo, um motor com potência nominal R nom R pr é selecionado e, em seguida, um dos métodos é usado para verificar o aquecimento.

A escolha do motor em função da potência média é incorreta porque não leva em consideração a dependência quadrática das perdas variáveis ​​na corrente. Com grandes flutuações de carga, a potência média é subestimada.

Se, para um determinado esquema de carga variável (ver Fig. 1.6, b), o motor elétrico for selecionado de acordo com a potência mais alta ou mais baixa, no primeiro caso será superestimado e no segundo - subestimado. O uso de um motor com potência excessiva aumenta os custos de capital, leva a uma diminuição da eficiência, cos. O uso de um motor com potência insuficiente reduz o desempenho e a confiabilidade do acionamento elétrico, encurtando sua vida útil.

Essas circunstâncias determinam a necessidade de outros métodos para escolher a potência nominal do motor com carga variável - o método das perdas médias e o método dos valores equivalentes.

Método das perdas médias. Com uma carga constante no eixo (P nom), a perda de potência permanece inalterada (P nom). Quando a carga muda, a perda de potência também muda. Considera-se que o motor aquece igualmente se a perda de potência média (P cf) durante o ciclo com carga variável for igual à perda de potência com carga nominal constante:

P cf = Р nom (1,19)

(isso é verdade se a duração do ciclo for muito menor que a duração do aquecimento do motor).

Assim, primeiro, para um motor pré-selecionado, de acordo com a fórmula (1.10), são determinadas as perdas nominais Р nom e, em seguida, as perdas P 1, P 2, ... em cada seção do gráfico de carga ( veja a Fig. 1.6, b). Em seguida, encontre as perdas médias pela fórmula

(1.20)

e verifique o cumprimento da condição (1.19). Se o valor de P nom exceder Р av em mais de 10%, selecione outro motor e repita o cálculo. Este método é bastante preciso, aplicável à escolha de motores de qualquer tipo, mas é trabalhoso.

Método de valores equivalentes (corrente, torque, potência). As perdas variáveis ​​no motor são proporcionais ao quadrado da corrente de carga. As correntes de carga que mudam de valor são substituídas por uma corrente imutável equivalente I eq, que libera o mesmo calor no motor que as correntes variáveis. A fórmula atual equivalente pode ser obtida com base na expressão (1.20):

(1.21)

A corrente encontrada I eq é comparada com a corrente I nom do motor pré-selecionado. O motor correto é selecionado se

Eu nom eu eq. (1,22)

Mais frequentemente eles lidam com um gráfico de momentos ou potências. Se o torque do motor for proporcional à corrente, então a fórmula (1.21) se transforma na fórmula de torque equivalente:

(1.23)

A seleção do motor é considerada correta se o torque nominal do motor pré-selecionado

M nom M eq.

Se a rotação do motor não mudar significativamente quando a carga mudar, a potência equivalente pode ser determinada

R eq = M eq 

(1.24)

A condição para a escolha correta é a desigualdade

R nom R ek.

Os métodos de torque e potência equivalentes não são aplicáveis ​​a motores em série onde o torque não é proporcional à corrente.

O motor selecionado está sujeito a verificações obrigatórias quanto à capacidade de sobrecarga e torque de partida (se partir sob carga).

Capacidade de sobrecarga instantânea  m = M max / M motores nominais de diferentes tipos tem os seguintes valores.

Capacidade de sobrecarga  m motores

DC de uso geral. . . . . . . . . . . . 2

Corrente contínua especial (tração). . . . . . . . 3-4

Assíncrono com anéis deslizantes. . . . . . . . . . . 2-2,5

Assíncrono com rotor de curto-circuito de execução normal 1.8-3

Ranhura profunda assíncrona com gaiola dupla. . . . . 1,8-2,7

Síncrono. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2,5

Especial síncrono. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4

Colecionador corrente alternada. . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3

Se o torque de carga máximo for maior do que o motor pode desenvolver, um motor maior é selecionado.

Movimentação do volante. Para mecanismos com carga de choque (martelos, prensas, máquinas de estampagem, etc.), o motor elétrico teria que ser selecionado não para aquecimento, mas para sobrecarga mecânica, o que levaria a uma superestimação da potência. Mas a potência do motor pode ser reduzida e aproximada do aquecimento necessário, se a curva de carga for "nivelada" usando o volante.

Durante os períodos de aumento acentuado da carga (P 1 na Fig. 1.10), parte dela é coberta pelo motor e parte é coberta pelo volante, que emite sua energia cinética. Durante a redução de carga (até P 2), a velocidade do acionamento aumenta e a reserva de energia no volante aumenta novamente. Assim, o motor elétrico desenvolverá potência menor que P 1 e maior que P 2; a potência equivalente se aproxima da potência média P. Portanto, o uso de um volante reduz a potência nominal do motor. Mas o motor deve ter uma característica mecânica suficientemente macia.

Arroz. 1.10. Gráficos Р(t) e (t) volante do motor

Ao substituir um motor elétrico por um volante, o motor deve ser selecionado da mesma forma que o que está sendo substituído.

1. Indústria alimentícia (4)

   Complexo de treinamento e metodologia

   PARA EDUCAÇÃO RF KEMEROVSK INSTITUTO TECNOLÓGICO COMIDAINDÚSTRIA Departamento de Tecnologias de Fermentação e... da FEDERAÇÃO RUSSA Kemerovo Technological Institute Comidaindústria Departamento "Tecnologia de produção de fermentação e...

2. Indústria alimentícia (3)

   Trabalho de laboratório

   PARA EDUCAÇÃO Instituto Tecnológico Kemerovo Comidaindústria Departamento: "Tecnologia e organização do público ... equipamento de cópia do Instituto Técnico de Kemerovo Comidaindústria 650010, Kemerovo, st. Krasnoarmeyskaya, ...

3. Indústria alimentícia (6)

   Tutorial

   Roshnik V.A., Rekhovskaya T.A. - Instituto Tecnológico Kemerovo Comidaindústria. - Kemerovo, 2000. - 132 p. ISBN ... universidades técnicas. © Instituto de Tecnologia Kemerovo Comida

O funcionamento do acionamento elétrico e seu desempenho energético durante a operação dependem da escolha correta do motor elétrico em termos de potência. Nos casos em que a carga do motor elétrico é significativamente menor que a nominal, ele é subutilizado em termos de potência, o que leva a investimentos de capital excessivos, uma diminuição perceptível do fator de potência e da eficiência. Se a carga no eixo do motor exceder o valor nominal, as correntes em seus enrolamentos aumentam, como resultado, a temperatura do motor pode exceder o valor permitido. Isso, em primeiro lugar, leva a uma diminuição da resistência elétrica dos materiais isolantes elétricos, que está associada ao perigo de ruptura do isolamento dos enrolamentos e à falha do motor elétrico. Nesse caso, um dos critérios para a escolha de um motor elétrico em termos de potência é a temperatura de seus enrolamentos.

A tarefa de escolher um motor elétrico em termos de potência é ainda mais complicada pelo fato de que a carga em seu eixo durante a operação muda ao longo do tempo e a temperatura dos enrolamentos muda de acordo. Se, nestas condições, o motor elétrico for selecionado de forma que sua potência nominal seja igual à potência máxima de carga, então durante os períodos de sua diminuição será subutilizado em termos de potência, o que significa que todos os fenômenos negativos mencionados acima começará a aparecer.

A escolha de um motor elétrico com potência nominal igual à potência de carga mínima é geralmente inaceitável em termos de capacidade de sobrecarga e condições de temperatura.

Portanto, uma decisão razoável sobre a escolha de um motor elétrico só pode ser feita com base em diagramas da dependência das mudanças nas cargas ao longo do tempo, o que permite estimar sua temperatura com uma natureza conhecida do processo de aquecimento. Isso garantirá a operação confiável do acionamento elétrico durante todo o período de operação e é o primeiro pré-requisito para a escolha correta do motor elétrico, levando em consideração o modo de operação do mecanismo.

O segundo pré-requisito para a escolha correta de um motor elétrico é que sua capacidade de sobrecarga seja suficiente para seu funcionamento estável durante os períodos de carga máxima.

A terceira condição para a escolha correta do motor elétrico é garantir o processo normal de sua partida.

1. Modos de operação nominais de motores elétricos

O modo de operação é a ordem estabelecida de alternância, duração e magnitude da carga, marcha lenta, frenagem, partida e reversão da máquina durante a operação.

O modo nominal de operação do motor elétrico é o modo de operação em que a máquina elétrica é projetada pelo fabricante. Este é um dos parâmetros de suas características técnicas, fornecidas no passaporte ou catálogo. É para esta modalidade que os catálogos e passaporte do motor elétrico indicam a potência mecânica útil nominal no eixo, tensão nominal, corrente nominal, velocidade nominal, rendimento nominal, fator de potência nominal, modo de operação nominal.

Os dados nominais caracterizam o funcionamento de uma máquina elétrica instalada a uma altitude de até 1000 m acima do nível do mar, a uma temperatura ambiente de 40°C e água de resfriamento de 30°C 1 .

De acordo com o GOST 183-74 (ST SEV 1346-78), são estabelecidos oito modos nominais de operação de máquinas elétricas, que, de acordo com a classificação internacional, têm convenções S1 - S8.

Modo de carregamento contínuoS1 (modo contínuo) chamado de modo em que o tempo de operação de uma máquina elétrica a uma carga e temperatura praticamente constantes do meio de resfriamento é suficiente para aquecer todas as suas partes a uma temperatura praticamente constante, fig. 3.1a. O modo é caracterizado por perdas de calor constantes durante todo o tempo de operação.

Modo de carga de curto prazoS2 (modo de curto prazo) chamar o modo em que os períodos de trabalho com carga constante alternam com períodos de desligamento da máquina elétrica (pausa), fig. 3.1b, além disso, durante a operação, a temperatura de suas peças não tem tempo para atingir um valor constante e, durante as pausas (desligamentos), esfria até uma temperatura constante, que difere da temperatura ambiente em não mais que 1С . A duração dos períodos de operação neste modo estabelecido pelo GOST é de 10, 30, 60 e 90 minutos. Deve ser indicado no símbolo do modo de operação, por exemplo S2-60 min.

Modo de carregamento intermitente (intermitente) tem três variedades S3, S4, S5. Difere do curto prazo regulado pela duração da ligação sob carga constante e pela duração dos períodos de desligamento (pausas). O tempo de operação de uma máquina elétrica é sempre menor do que o tempo necessário para aquecer suas peças a uma temperatura constante, e o tempo de pausa é menor do que o necessário para que a máquina resfrie até um estado praticamente frio. Duração do ciclo 10 min (600 s), salvo indicação em contrário.

Modo de carregamento intermitenteS3 – uma sequência de ciclos de funcionamento idênticos, cada um dos quais consiste em períodos de funcionamento a uma carga constante e um estado estacionário desabilitado, fig. 3.1c. Como a duração do período de partida é muito menor que o período de operação sob carga, assume-se que não há efeito no aquecimento da máquina elétrica da corrente de partida e um aumento na potência das perdas de calor durante a partida. acima. Para o modo S3 caracterizar é apenas um parâmetro - a duração da inclusão:

Onde – período de funcionamento em condições nominais, s.;

– período de estado desligado, imóvel, s.;

– duração do ciclo, s.

Para todas as variedades S3, S4, S5 modo intermitente, o ciclo de trabalho nominal é assumido como 15, 25, 40, 60%.

Símbolo de modo S3 o ciclo de trabalho é indicado em %, por exemplo S3-40%.

Modo de carga intermitente, incluindo inicialização,S4 - uma sequência de ciclos de trabalho idênticos, cada um dos quais consiste em períodos de arranque, trabalho a uma carga constante e um estado estacionário desabilitado (pausas) Fig. 3.1d. O tempo de partida é proporcional ao tempo de operação sob carga e, portanto, a corrente de partida e o aumento da potência das perdas de calor durante o período de partida têm um efeito direto no aquecimento da máquina elétrica (motor elétrico).

Para o modo S4 parâmetros de caracterização são:

ciclo de trabalho

uma– S1,b– S2 , b - S3,G– S4,d– S5,e– S6,e– S7,h– S8

t c - tempo de ciclo.

T, potência de perda de calor  R t

uma– S1,b– S2 , b - S3,G– S4,d– S5,e– S6,e– S7,h– S8

t c - tempo de ciclo.

T, potência de perda de calor DR t, temperatura do motor Q

uma– S1,b– S2 , b - S3,G– S4,d– S5,e– S6,e– S7,h– S8

t p - hora de início; t p - tempo de operação em condições nominais;

t t - tempo de frenagem; t x - tempo ocioso; t 0 - tempo de pausa;

t c - tempo de ciclo.

Figura 3.1 - Diagrama de torque mecânico útil no eixo do motor T, potência de perda de calor DR t, temperatura do motor Q em vários modos de operação nominais

uma– S1,b– S2 , b - S3,G– S4,d– S5,e– S6,e– S7,h– S8

t p - hora de início; t p - tempo de operação em condições nominais;

t t - tempo de frenagem; t x - tempo ocioso; t 0 - tempo de pausa;

t c - tempo de ciclo.

Figura 3.1 - Diagrama de torque mecânico útil no eixo do motor T, potência de perda de calor DR t, temperatura do motor Q em vários modos de operação nominais

coeficiente de inércia:

Onde t n– hora de início, s.;

– momento de inércia da armadura (rotor) do motor, kgm 2 ;

– o momento de inércia do mecanismo de acionamento reduzido ao eixo do motor, kgm 2 ;

- o número de inclusões em um ciclo.

Valores nominais:

–30, 60, 120, 240;

–1.2, 1.6, 2, 2.5, 4, 6.3, 10.

,,

, por exemplo S4-25%, 120 por hora,FI - 2.0 . Isso significa que o motor elétrico com um coeficiente de inércia

=2.0 é projetado para operação em 120 partidas por hora, a duração de cada ciclo é 3600/120 = 30 s, dos quais a soma do tempo de partida e tempo de trabalho é 25% ou seja 7,5 s, e o tempo de pausa é de 22,5 s.

Modo de carga intermitente, incluindo partida e frenagem elétrica,S5 – uma sequência de ciclos de funcionamento idênticos, cada um dos quais consiste em períodos de arranque, funcionamento a carga constante, travagem eléctrica rápida e estado estacionário desligado, fig. 3.1d. A duração desses períodos é insuficiente para atingir o equilíbrio térmico durante um ciclo.

Para o modo S5 duração da comutação:

Onde – tempo de frenagem elétrica, s.

Os demais parâmetros são os mesmos que S4. Às vezes para o regime S5 eles também usam uma característica como a constante de energia cinética - a razão da energia cinética armazenada pelo rotor (armadura) da máquina elétrica em frequência nominal rotação (velocidade angular) à potência nominal da máquina elétrica.

O símbolo do modo é semelhante S4, por exemplo S5 - 40%, 60 por hora,FI - 1.2 .

ModosS6 , S7 , S8 são variedades de modo contínuo e são chamados de modos intermitentes.

Modo de operação contínua com carga variável (modo intermitente)S6 - uma sequência de ciclos de trabalho idênticos, cada um dos quais consiste em períodos de trabalho em carga constante e em marcha lenta, Fig. 3.1e. O efeito das correntes de partida e potência de perda de calor no aquecimento de partes do motor elétrico durante o período de partida não é levado em consideração.

O equilíbrio térmico não ocorre durante um ciclo. A duração de um ciclo, se não houver outras indicações, é considerada como 10 minutos (600 s). Para o modo S6 o parâmetro de caracterização é a duração da carga (trabalho):

Onde t x- tempo (duração) de ralenti, s.

Valores nominais

– 15, 25, 40, 60%.

O símbolo de modo indica

em %, por exemplo S6 - 15%.

Serviço contínuo, incluindo partida e frenagem elétrica (trabalho intermitente com inversões frequentes durante a frenagem elétrica)S7 - uma sequência de ciclos idênticos, cada um dos quais consiste em períodos de arranque, funcionamento a carga constante e travagem eléctrica, fig. 3,1g. Devido à curta duração de uma carga constante, as perdas durante os períodos de partida, durante as marchas à ré e a frenagem elétrica têm um efeito significativo no aquecimento das peças do motor. A duração do período de trabalho é insuficiente para atingir o equilíbrio térmico durante um ciclo.

Para este modo, os parâmetros caracterizantes são: o número de partidas por hora, o coeficiente de inércia, por exemplo S7 - 120 por hora,

-2.5 .

Modo de operação com mudanças periódicas de velocidade e carga (operação intermitente com duas ou mais velocidades)S8 - uma sequência de ciclos de trabalho idênticos, cada um dos quais consiste em períodos de aceleração, operação a uma carga constante correspondente a uma determinada velocidade, depois um ou mais períodos de trabalho em outros valores de carga constante correspondentes a outras velocidades, fig. 3.1z. A mudança na potência das perdas térmicas do motor elétrico durante a transição para uma velocidade diferente com uma carga diferente e durante a frenagem elétrica tem um efeito significativo no aquecimento de partes do motor elétrico.

Para o modo S8 os parâmetros de caracterização são: o número de inclusões por hora; coeficiente de inércia; carga correspondente a cada uma das frequências de rotação; velocidade de rotação na carga correspondente, duração da carga em cada uma das velocidades de rotação, fig. 3.1h:

O símbolo de modo inclui as características acima, por exemplo S8 - 60 horas/hora;

- 2,0; 22 quilowatts; 740 rpm; 40%; 55kw; 1470 rpm; 60%.

Além dos principais modos de operação nominais das máquinas elétricas ( S1 – S8) na prática de operação de motores elétricos, pode-se distinguir: modo de carga de curto prazo com tempo de ciclo significativamente inferior a 10 minutos; modo reverso alternado; modo de carregamento estocástico.

Modo de carga de curto prazo com uma pequena duração do ciclo de trabalhoé um caso especial de modos S2, S3 e difere deles pelo fato de o tempo de operação neste modo ser proporcional ao tempo de partida do motor elétrico. Nesse sentido, as perdas no motor elétrico devem ser consideradas em função do tempo, e não como constantes.

Modo reverso alternativo refere-se ao modo S7, mas difere dele em um gráfico de potência simétrico para diferentes direções de rotação. Além disso, o ciclo de trabalho é comparável no tempo com o tempo de reversão e, portanto, ao calcular as perdas, é necessário levar em consideração os componentes aperiódicos da corrente e do fluxo magnético.

Modo de carregamento estocástico (aleatório)é caracterizada por características probabilísticas da carga no eixo, e o gráfico de carga aleatória não pode ser expresso como uma função determinística do tempo.

Mais uma vez, chamamos a atenção para o fato de que os catálogos, passaportes para máquinas elétricas indicam os modos nominais, e os dados técnicos são para esses modos nominais.

Como o modo de operação de máquinas e mecanismos reais, em regra, não coincide com um dos nominais considerados, a tarefa de escolher um motor elétrico em termos de potência para acionar uma máquina real, mecanismo é comparar corretamente seu modo de operação com o modo nominal passaporte do motor elétrico, garantindo o uso máximo do motor elétrico selecionado de acordo com as condições de aquecimento.