6.4. Розрахунок потужності електродвигунів
Методика розрахунку потужності двигунів залежить від режиму роботи виробничого механізму. Але для всіх можливих режимів ро-боти умова одна: температура обмоток двигуна не повинна переви-щувати гранично допустимого значення.
Тривалий режим. Значна частина механізмів (помпи, вентиля-тори, транспортери та ін.) працюють тривало з постійним наванта-женням. У таких випадках розраховують потужність, яку споживає виробничий механізм при номінальній швидкості.
Наприклад, потужність двигуна помпи визначають за формулою
, (6.10)
де – витрата, м3/с; – розрахункова висота піднімання, м; – питома вага рідини, яка перекачується, кг/м3; – прискорення віль-ного падіння, м/с2; – ККД помпи; – ККД передавального пристрою.
Вибір двигуна потужністю згідно (6.10) гарантує, що його темпе-ратура не перевищить граничного значення. Якщо в каталозі немає двигуна на розрахункову потужність, то вибирають двигун ближчої більшої потужності, тобто номінальна потужність двигуна
. (6.11)
Якщо швидкість регулюється, то необхідно перевірити двигун на
спроможність, не перегріваючись, забезпечити роботу механізму на мінімальній швидкості. Потужність, яку може розвивати самовенти-льований двигуна на швидкості
, (6.12)
де – коефіцієнт погіршення тепловіддачі. Вибраний двигун не буде перегріватись, якщо
, (6.13)
де – розрахункова потужність робочого механізму на мініма-льній швидкості з врахуванням відповідних ККД.
Для двигунів з незалежною вентиляцією .
Короткочасний режим. У короткочасному режимі двигун, приз-начений для тривалого режиму роботи, може працювати з переван-таженням. Тоді його потужність визначають за формулою
, (6.14)
де – короткочасне навантаження, – коефіцієнт допустимого перевантаження. Для двигунів постійного струму ; для асинхронних двигунів з врахуванням можливого зниження напруги на 10% і для синхронних двигунів .
При перевантаженні змінна складова втрат потужності збільшується у разів проти номінальних змінних втрат. Тому необхідно перевірити чи не перевищить температура двигуна за час робот (рис.6.3,б) граничного значення . Цього не відбувається, якщо
, (6.15)
де – коефіцієнт термічного перевантаження.
З порівняння формул (6.14) і (6.15) слідує, що при коефіцієнт перевантаження .
П Рис.6.4. Графіки потужності на валу двигуна (а) і втрати у ньому (б) а б
Повторно-короткочасний режим. В основу розрахунків потуж-ності двигунів, які працюють у повторно-короткочасному режимі, покладена умова, що середні втрати за цикл роботи не повинні пере-вищувати номінальних втрат. Для реалізації даної умови потрібно вже знати потужність двигуна. Тому попередньо вибирають двигун на підставі навантажувальної діаграми механізму (рис.6.4,а).
Середня потужність на валу двигуна у випадку постійних тепло-віддачі і кутової швидкості
, (6.16)
де – потужність на валу двигуна на і-му інтервалі; – тривалість і-го інтервалу. У випадку самовентильованого двигуна при різних кутових швидкостях на інтервалах
, (6.17)
де – коефіцієнт погіршення тепловіддачі при швидкості ; – номінальна швидкість. Для двигунів з незалежною вентиляцією .
Розрахункова потужність двигуна
, (6.18)
де – коефіцієнт запасу, який враховує динамічні втра-ти. На підставі одержаної за каталогом підбирають відповідний двигун.
Маючи залежність ККД від коефіцієнта навантаження (рис.6.1), розраховують втрати потужності на кожному інтервалі і будують графік (рис.6.4,б).
Середні втрати за цикл роботи
. (6.19)
порівнюють з номінальними втратами в двигуні . Якщо , то попередньо вибраний дви-гун не буде перегріватись. При значному відхиленню від треба вибрати двигун іншої потужності.
У випадку роботи самовентильованого двигуна з різними швид-костями середні втрати потужності за цикл роботи
(6.20)
і ці втрати порівнюють з номінальними. За умови дви-гун також не буде перегріватись.
У випадку коли залежність ККД від навантаження невідома, а є можливість побудувати графік струму (рис.6.5), то попередньо вибраний двигун перевіряють на нагрівання методом еквівалентного струму. Еквівалентний струм – це сталий струм, який зумовлює у двигуні такі ж втрати потужності, що і фактичний струм.
С тосовно двигуна постійного струму паралельного збудження середня потужність втрат від еквівалентного струму дорівнює:
, (6.21)
де – потужність постійних втрат; – змінні втрати, які залежать від навантаження.
С Рис.6.5. Графік струму двигуна при змінному навантаженні
(6.22)
Замінивши в (6.22) втрати на кожній ділянці на і прирівнявши їх середнім еквівалентним втратам згідно (6.21), одержимо:
.
Звідси еквівалентний струм
. (6.23)
За довільного графіка струму
. (6.24)
У випадку використання самовентильованого двигуна, який пра-цює з різними кутовими швидкостями на окремих ділянках в (6.23) і (6.24) замість потрібно підставляти .
Обчисливши еквівалентний струм, порівнюють його з номіналь-ним струмом: коли , то двигун не буде перегріватись.
Коли простіше побудувати графік моменту і коли мо-мент пропорційний струму, то підставивши у (6.23) , одер-жимо формулу для визначення еквівалентного моменту:
. (6.25)
Якщо на окремих ділянках тепловіддача змінюється, то у (6.25) замість слід підставити . За умови двигун не буде перегріватись.
Коли є можливість побудувати навантажувальну діаграму приве-деної до вала двигуна потужності , то вираховують еквіва-ленту потужність
. (6.26)
Формула (6.26) справедлива за умови пропорційності струму потужності і моменту при номінальній кутовій швидкості . Тоді у цьому випадку двигун не буде перегріватись, якщо .
Контрольні запитання і задачі
1. На які складові поділяють втрати потужності в електродвигу-нах?
2. З яких втрат складаються втрати потужності і електроприво-дах?
3. Що визначає потужність електродвигунів?
4. Що визначає гранично-допустиму температуру нагрівання електродвигунів?
5. Які режими роботи характерні для електроприводів?
6. Визначити потужність самовентильованого двигуна, який працює у повторно-короткочасному режимі згідно наведеної навантажувальної діаграми. Коефіцієнт погіршення охолодження .
7 . Визначити потужність двигуна, якщо момент статичного опору, приведений до вала двигуна, при швидкості .
8. Яка умова закладена в методиці розрахунку потужності двигуна, який працює в короткочасному режимі?
9. Яка умова вибору потужності двигуна за методом еквівалентного струму?
10. За якої умови можна використовувати розрахунок потужнос-ті двигуна методом еквівалентного моменту?
ЧАСТИНА 2
- Основи електропривода
- Класифікація електроприводів. Механічні характеристики
- 1.1. Загальні положення
- 1.2. Класифікація електроприводів
- 1.3. Приведення моментів і сил опору, моментів інерції і
- 1.4. Механічні характеристики виробничих механізмів і
- 1.5. Усталені режими
- Часові та частотні характеристики електропривода
- 2.1. Рівняння руху електропривода
- 2.2. Час прискорення і сповільнення електропривода
- 2.3. Оптимальне передаточне число
- 2.4. Часові та частотні характеристики одномасової системи
- 2.5. Часові та частотні характеристики двомасової системи
- Регулювання швидкості двигунів постійного струму
- 3.1. Регулювання кутової швидкості двигунів постійного
- Струму незалежного збудження
- 3.2. Регулювання швидкості двигунів послідовного збудження
- 3.3. Гальмівні режими двигунів постійного струму
- 3.4 Часові характеристики двигунів постійного струму незалежного збудження
- 3.5. Частотні характеристики
- Перетворювачі напруги електроприводів постійного струму
- 4.1. Тиристорні керовані випрямлячі
- 4.2. Системи імпульсно-фазового керування
- 4.3. Імпульсні перетворювачі постійної напруги
- Регулювання кутової швидкості двигунів змінного струму
- 5.1. Механічні характеристики асинхронних двигунів
- 5.2. Регулювання швидкості асинхронних двигунів
- 5.3. Перетворювачі частоти
- 5.4. Регулювання швидкості синхронних двигунів
- Тики синхронного двигуна
- 5.5. Гальмівні режими двигунів змінного струму
- Методи розрахунку потужності електроприводів
- 6.1. Втрати енергії в електроприводах
- 6.2. Нагрівання і охолодження двигунів
- 6.3. Режими роботи і навантажувальні діаграми
- 6.4. Розрахунок потужності електродвигунів
- Системи керування електроприводами
- Релейно-контакторні системи керування електроприводами
- 7.1. Загальні положення
- 7.2. Структура релейно-контакторних систем керування
- 7.3. Принципові схеми ркск
- Дискретні логічні системи керування рухом електроприводів
- 8.1 Загальна характеристика длск
- 8.2. Методи синтезу длск
- 8.3. Математичний опис длск
- 8.4. Способи реалізації длск
- Система керування швидкістю електроприводів постійного струму з сумуючим підсилювачем
- 9.1. Загальні положення
- 9.2. Формування динамічних характеристик
- 9.3. Обмеження моменту електропривода
- Система керування електроприводом з підпорядкованим регулюванням
- 10.1. Структурна схема системи підпорядкованого
- Регулювання
- 10.2. Технічна реалізація системи з підпорядкованим регулюванням
- 10.3. Обмеження струму в системі підпорядкованого регулювання
- Системи керування швидкістю асинхронного електропривода
- 11.1. Регулювання швидкості напругою живлення
- 11.2. Плавний пуск асинхронних двигунів зміною напруги живлення
- 11.3. Система скалярного керування частотно-регульованого асинхронного електропривода
- 11.4. Системи векторного керування частотно-регульованого електропривода
- 11.5. Пряме керування моментом асинхронного двигуна
- Енергозберігаючий асинхронний електропривод
- 12.1. Загальні положення
- 12.2. Втрати електроенергії в усталених режимах
- 12.3. Оптимізація енергоспоживання в перехідних процесах
- 12.4. Економічна ефективність частотно-регульованого електропривода
- Частотне керування синхронними електроприводами
- 13.1. Стратегії керування
- 13.2. Вентильний двигун
- 13.3. Система автоматичного керування моменту сд зміною магнітного потоку ротора
- 13.4. Стратегії керування сд зі збудженням від постійних магнітів
- Адаптивні системи керування електроприводами
- 14.1. Загальні положення
- 14.2. Безпошукова адаптивна система керування з еталонною
- 14.3. Безпошукова адаптивна система керування зі спостережним пристроєм
- 14.4. Фаззі-керування електроприводами
- 14.5. Фаззі-керування гальмуванням візка мостового
- Слідкуючий електропривод
- 15.1. Загальна характеристика
- 15.2. Безперервні системи керування слідкуючим
- 15.3. Динамічні показники слідкуючого електропривода
- Цифрові системи керування електроприводами
- 16.1. Структура електропривода з цифровою системою
- Керування
- 16.2. Розрахункові моделі ацп і цап
- 16.3. Дискретні передавальні функції і структурні схеми
- 16.4. Синтез цифрового регулятора і його реалізація
- Список літератури
- Предметний покажчик
- Рецензія