Podmínku maximálního výkonu, spolehlivosti a účinnosti elektropohonu lze splnit pouze při správném výpočtu výkonu elektromotoru.

Motor se sníženým výkonem neposkytuje stanovený výkon, nadměrně se přehřívá, rychle se opotřebovává a způsobuje nehody a prostoje. Přetížený motor pracuje s nízkou účinností a zvyšují se náklady na elektrické zařízení a provozní náklady.

Potřebný výkon motoru se vypočítává na základě řady technických a ekonomických požadavků, ale jednou z hlavních podmínek správného výběru elektromotoru je jeho zahřívání.

Nejzranitelnější z hlediska vytápění je izolace vinutí motoru.

Pokud je okolní teplota akceptována GOST jako 40°C, pak je povolena teplota izolace vinutí nad teplotou okolí v rozsahu od 65°C (pro izolaci třídy A) do 115°C (pro izolaci třídy F), a u některých tepelně odolných materiálů na bázi slídy, skla a keramiky – až 140°C.

Překročení teploty izolace vinutí nad teplotu stanovenou GOST je nepřijatelné, protože to vede ke zničení izolace a snížení životnosti motorů.

Při zvažování tepelných procesů v motoru se pro zjednodušení problému předpokládá, že motor je homogenní pevné těleso a tepelná kapacita a přenos tepla jsou úměrné teplotnímu rozdílu mezi motorem a prostředím.

V souladu s tím je změna teploty přehřátí t v závislosti na počátečním τprosit a konečné τústa teploty vyjadřuje rovnice

Pokud počáteční teplota vzroste τprosit = 0 v t – 0, pak se rovnice zredukuje do tvaru

Na Obr. Obrázek 9.13 ukazuje křivky zahřívání motoru při různých výkonech zatížení.

Načíst P1= Pи odpovídá křivce 1, zatížení P2 – křivka 2 atd. Z obrázku je patrné, že motor může pracovat dlouhou dobu bez přehřívání v případě, kdy výkon, který vyvíjí, nepřekračuje jmenovitý. Je-li tento výkon vyšší než jmenovitý výkon, musí být provozní doba motoru zkrácena tak, aby jeho teplota nepřesáhla τdalší (t2, T3 na Obr. 9.13).

Počáteční teplota přehřátí τprosit mění pouze rychlost nárůstu teploty motoru bez změny povahy procesu (obr. 9.14)

V tomto případě má rovnice teploty přehřátí tvar

Rozdíl τprosit – tústa může být kladná nebo záporná a teplota motoru bude podle toho stoupat nebo klesat (obr. 9.14).

První případ odpovídá křivce 1 na Obr. 9.15 pro druhý případ – křivky 2 až 3. Časová konstanta chlazení T stacionárního motoru je větší než časová konstanta T ohřevu (chlazení) rotujícího motoru. Obecně platí, že časová konstanta motoru je úměrná jeho objemu. Ventilované stroje mají navíc kratší časovou konstantu ve srovnání s nevětranými stroji stejných rozměrů.

9.9. Klasifikace provozních režimů elektrického pohonu

Na základě charakteristiky ohřevu a chlazení motoru se rozlišují tři provozní režimy elektrického pohonu: dlouhodobý, krátkodobý a přerušovaný.

Nepřetržitým provozem se rozumí provoz elektropohonu po takovou dobu, aby teplota všech zařízení obsažených v elektropohonu dosáhla ustálené hodnoty. V tomto režimu pracují elektrické pohony kompresorů, ventilátorů, dmychadel, měničových jednotek atd. Přibližné grafy chodu motoru v nepřetržitém a přerušovaném režimu jsou na Obr. 9.16

ČTĚTE VÍCE
Je silnější izolace lepší pro zvukovou izolaci?

Krátkodobý provozní režim elektropohonu je charakterizován dobou, po kterou teplota všech zařízení zahrnutých v elektropohonu nedosáhne během provozu ustálené hodnoty a během pauzy klesne na okolní teplotu (např. padací mosty, stavidla atd.). Graf krátkodobého zatížení motoru je na Obr. 9.17

Provozní režim elektrického pohonu, ve kterém jsou doby provozu tak dlouhé, a proto se střídají s pauzami tak dlouhými, že teplota všech zařízení zahrnutých v elektropohonu nedosáhne ustálené hodnoty ani během každé doby provozu, ani během každé pauza se nazývá přerušovaný krátkodobý provoz. Doba trvání jedné pracovní doby a pauzy se nazývá cyklus. Doba cykluц by neměla přesáhnout 10 minut.

V přerušovaném režimu pracuje řada mechanismů zdvihacích a přepravních strojů, některé kovoobráběcí stroje apod. Zjednodušený graf zatížení motoru v přerušovaném režimu je na Obr. 9.18.

Výpočet výkonu a výběr motoru pro nepřetržitý provoz

Pokud se okolní teplota neliší od teploty akceptované GOST, pak výběr motoru pro nepřetržitý provoz s konstantním zatížením spočívá v jeho výběru z katalogu. V tomto případě musí být splněna podmínka Pн ≥ R.

Výpočet nebo ověření správnosti předběžného výběru výkonu motoru pro přerušovaný dlouhodobý provoz s proměnným zatížením se provádí na základě zátěžového diagramu. Pomocí rovnic pro ohřev a chlazení motoru je třeba určit teplotu maximálního přehřátí τtak a porovnejte ji s přípustnou teplotou τdalší. Správná volba (při dostatečně velkém počtu cyklů n, když ntц > 4Tн, kde tц je doba pracovního cyklu a Tн — časová konstanta ohřevu motoru) odpovídá podmínce τtak ≤ τdalší.

Nicméně určení hodnoty τtak vyžaduje těžkopádné výpočty, hodně času, a proto se v praxi téměř nepoužívá. Pohodlnější (i když méně přesnou) metodou je metoda průměrné ztráty. Tato metoda je založena na stavu, kvůli kterému je ztráta výkonu Δрženatý na provozní cyklus by neměla překročit jmenovitou hodnotu, tzn. Δрženatýn.

Má se tedy za to, že množství tepla rozptýleného v prostředí během provozu podle daného harmonogramu není větší než množství, které by se uvolnilo za stejnou dobu provozu s konstantním jmenovitým výkonem. V souladu s tím a také s přihlédnutím k tomu, že množství tepla Δpdt je úměrné ztrátám výkonu, můžeme napsat

Metoda průměrné ztráty je použitelná pro všechny střídavé a stejnosměrné motory a je nejpřesnější ve srovnání s metodou ekvivalentních hodnot.

Za ekvivalentní hodnoty (aktuální Iekv, moment Mekv a moc Pekv) rozumět jejich hodnotám, které odpovídají ztrátám v motoru při trvalém zatížení, rovnajícím se ztrátám, když stejný motor pracuje podle daného harmonogramu s proměnným zatížením.

ČTĚTE VÍCE
Jaká je pokuta za nelegální napojení na centrální kanalizaci?

Metody ekvivalentních hodnot jsou založeny na metodě průměrné ztráty s přihlédnutím k příslušným předpokladům. Pokud tedy předpokládáme, že konstantní ztráty pс v motoru nezávisí na zátěži, pak můžeme psát

kde aIekv — ztráty v mědi; t1, T2…tk – časové intervaly, během kterých je proud motoru roven I1, I2. Ják; t1 +t2 +…+ tk =tц — doba cyklu.

Z rovnice můžete určit topný ekvivalentní proud:

Při výběru motoru z katalogu nebo při kontrole předem vybraného motoru musí být splněna podmínka Iekv н.

Metoda ekvivalentního proudu je použitelná pro výpočet výkonu a výběr všech typů motorů s výjimkou těch, kdy je nutné vzít v úvahu změny ztrát oceli a ztrát třením. Tato metoda není použitelná pro motory s hlubokou drážkou nebo s dvojitou klecí nakrátko. To je způsobeno tím, že odpor rotoru se výrazně mění v režimech rozjezdu a brzdění. V takových případech by měla být použita metoda průměrné ztráty.

Metoda ekvivalentního momentu je odvozena od metody ekvivalentního proudu, protože u většiny motorů je moment úměrný proudu. Proto tato metoda není použitelná ve stejných případech jako metoda ekvivalentního proudu a navíc, když tok motoru nezůstává konstantní (sériově vinuté motory, bočníkové motory při regulaci rychlosti změnou toku, indukční motory při spouštění a brzdění aplikace).režimy).

Ekvivalentní točivý moment ohřevu, stejně jako proud ekvivalentní ohřevu, je efektivní hodnota točivého momentu diagramu zatížení:

Pokud máte p(t) graf, můžete použít podobný vzorec pro ekvivalentní výkon, který platí, když se otáčky motoru mírně změní:

Při použití metody ekvivalentních hodnot pro výpočet výkonu motoru nebo kontrolu jeho zahřívání je nutné nejprve zkontrolovat motor na přetížitelnost a rozběhový moment.

Požadavek na lepší zatížení a tím i využití motoru v případech dlouhodobého provozu s proměnnou zátěží je splněn volbou motoru se jmenovitým momentem M.н, blízko ekvivalentního momentu MZKV. V tomto případě se může ukázat, že v určitých časových obdobích bude motor zatěžován točivými momenty většími než jmenovitý, tedy přetížen. Taková přetížení jsou přípustná pouze v mezích přetížitelnosti motoru.

Přetížitelnost motoru je chápána jako hodnota součinitele přetížení, tedy poměr největšího dovoleného momentu k jmenovitému momentu:

kde kп — faktor přetížení točivého momentu; Mmax — maximální přípustný moment přetížení; Mн — jmenovitý moment motoru.

U stejnosměrných motorů je faktor přetížení omezen především spínacími podmínkami; pro motory nezávislého a smíšeného buzení Imax/Iн = 2 – 2,5; pro sériově buzené motory Imah/Iн = 2,5–3.

ČTĚTE VÍCE
Co je součástí údržby vnitropodnikových plynových zařízení?

Přetížitelnost asynchronního motoru je omezena momentem, který je motor schopen vyvinout, když je napětí ve fázích jeho vinutí o 15 – 20 % nižší než jmenovité:

Toto omezení přetížitelnosti asynchronního motoru je způsobeno možným poklesem napájecího napětí s přihlédnutím k tomu, že Mmax ~Uф 2%.

Asynchronní motory s kotvou nakrátko se kromě kontroly jejich přetížitelnosti, zejména při krátkodobém provozu, vybírají podle rozběhového momentu. Protože tyto motory mají relativně malý rozběhový moment, je nutné porovnat počáteční statický moment Ms.začátek, vytvořený pracovním strojem, a rozběhový moment Mп motor. Normální startovací podmínka odpovídá nerovnosti Mп > Ms.začátek.

Pro některé výrobní mechanismy pracující v kontinuálním režimu s konstantním momentem odporu na hřídeli pracovního prvku existují přibližné vzorce pro stanovení výkonu motoru, např.

kde Q je výkon kompresoru, m3/s; A je práce vynaložená na stlačení 1 m 3 vzduchu z 1,01 * 10 5 N/m 2 na požadovaný tlak P, N/m 2; ηк, hn – podle toho účinnost kompresor a převodovka;

kde k3 — bezpečnostní faktor (pro výkon do 1 kW k3 = 2, pro výkon do 2 kW k3 = 1,5 a pro výkon do 5 kW k3 = 1,1 – 1,5); Q – výkon ventilátoru, M 3 /s; N—hlava (tlak), N/m 2 ; ηв, hп – podle toho účinnost ventilátor a převodovka;

kde k3 — bezpečnostní faktor (pro výkon do 50 kW k3= 1,2, pro výkon od 50 do 350 kW k3 = 1,15, pro výkon nad 350 kW A, = 1,1); Q je kapacita čerpadla m 3 /s; Н = diferenční tlak, m; γ—měrná hmotnost čerpané kapaliny; ηн, hп – účinnost čerpadla a převodovky, resp.

Výpočet výkonu motoru pro provoz v přerušovaném režimu se provádí pomocí stejných vzorců jako pro provoz v nepřetržitém režimu. V tomto případě je však nutné vzít v úvahu vlastnosti, které charakterizují přerušovaný režim.

Časté startování a zastavování zhoršuje ventilaci v oblastech, kde motor zrychluje a zpomaluje. To je zohledněno korekčními faktory, které jsou zvoleny na základě úvah, že u elektromotorů s otevřenou konstrukcí s vlastním větráním se přenos tepla ve stacionárním stavu zhorší přibližně dvakrát. Vezmeme-li toto v úvahu, bude výraz (například pro ekvivalentní proud) vypadat takto

kde t1 — doba zrychlení motoru; t2 — doba chodu motoru při ustálených otáčkách; t3 — doba brzdění motorem.

Kromě toho se přerušovaný režim vyznačuje tzv. dobou trvání (DS %). PV% je chápáno jako poměr celkové doby pracovních období k době trvání cyklu:

kde t1, T2, T3 — provozní doba v odpovídajících částech diagramu zatížení; t — doba pauzy; t1 +t2 +t3 +t =tц — doba cyklu.

Pro zlepšení ekonomické výkonnosti elektrických pohonů jsou vyráběny motory, které jsou speciálně navrženy pro provoz v přerušovaném režimu s pracovním cyklem = 15, 25, 40 a 60 %. Přetížitelnost je uvedena v katalogu pro jmenovitý výkon s pracovním cyklem = 25 %.

ČTĚTE VÍCE
Kteří důchodci mají nárok na dotaci na bydlení a komunální služby?

Jak je ze vzorce patrné, zvýšení pracovního cyklu prakticky znamená zkrácení doby pauzy v poměru k celkové době cyklu, což odpovídá obtížnému provoznímu režimu z hlediska zahřívání motoru.

Motor vybraný pro provoz s pracovním cyklem = 15 % bude schopen pracovat s pracovním cyklem = 40 %, ale aby se nepřehříval, musí být příslušně snížen výkon zátěže.

Přepočet z jedné hodnoty PV na druhou se provádí pomocí vzorce

Takže například asynchronní motor otevřeného typu s výkonem 28 kW při pracovním cyklu = 15 % může vyvinout výkon bez přehřátí při pracovním cyklu = 40 %

a při dlouhodobé práci – ještě méně:

Při výběru hnacího motoru se řeší řada problémů:

výpočet výkonu elektromotoru;

výpočet jmenovité rychlosti otáčení (spolu s určením převodového poměru mechanické převodovky);

výběr motoru v souladu s režimem jeho provozu podle podmínek zatížení;

výběr motoru podle podmínek startu;

stanovení požadovaného stupně ochrany pláště motoru;

volba designu pro soulad s podmínkami prostředí;

výběr systému chlazení motoru.

Podle podmínek prostředí jsou motory vyráběny v následujících klimatických verzích U, UHL, T, M, OM (GOST 15543-70) (pro mírné, mírné a chladné, tropické a mořské klima).

Podle stupně ochrany personálu před kontaktem s živými a pohyblivými částmi a vniknutím cizích těles do stroje a také podle stupně ochrany proti pronikání vody do stroje se vyrábí v těchto provedeních:

1P00 – otevřený elektrický stroj, bez zvláštní ochrany;

1P10, 1P20 – stroj chráněný před dotykem a vniknutím cizích předmětů;

1P11. 1P43 – stroj chráněný před kapkami vody, před dotykem a vniknutím cizích předmětů;

1P44-1P54 – uzavřený stroj, chráněný před postříkáním, kontaktem a vniknutím cizích předmětů;

1P55. 1P58 – uzavřené stroje chráněné před proudem vody (1P55) a před pronikáním vody do interiéru při neomezeně dlouhém ponoření do vody (1P58).

Kromě toho jsou stroje vyráběny pro provoz ve výbušném prostředí a ve speciálních podmínkách prostředí.

Podle způsobu chlazení se motory dělí na stroje s přirozeným chlazením, samoventilované, mající ventilátor na hřídeli motoru (chráněný nebo uzavřený) a s nezávislým větráním.

Pro elektrické pohony určené pro provoz v dynamických režimech (cyklické akční mechanismy, servopohony atd.) mají tendenci volit motor se sníženým momentem setrvačnosti rotoru (kotvy). Pro takové podmínky se vyrábí motory s nízkou setrvačností. U strojů s kinematikou kliky se používají motory se zvýšeným momentem setrvačnosti. Pro elektrické pohony pracující v přerušovaném režimu a za nepříznivých provozních podmínek spojených s mechanickým zatížením, vystavením vysoké vlhkosti, teplotě atd. se vyrábí motory speciální konstrukce – motory jeřábové-metalurgické řady.

Při volbě jmenovitých parametrů elektropohonu vyvstává problém s volbou hodnoty převodového koeficientu převodovky (nebo jiného ozubeného kola) spojujícího hřídel motoru s pracovním tělesem stroje. Synchronní a asynchronní motory se vyrábějí s vysokými otáčkami (synchronní otáčky jsou obvykle 3000, 1500, 1000, 750, 600 ot./min), přičemž otáčky pracovního tělesa jsou zpravidla požadovány mnohem nižší. Pro snížení otáček a odpovídající zvýšení točivého momentu na hřídeli pracovního tělesa je nutné použít redukční převod (reduktor).

ČTĚTE VÍCE
Kolikrát ročně se provádí servis plynového zařízení?

Je třeba mít na paměti, že hmotnost, celkové rozměry elektromotoru (a v důsledku toho jeho náklady) nejsou určeny jeho jmenovitým výkonem, ale jmenovitým točivým momentem.

kde: Рн – jmenovitý výkon motoru, W;

Мн – jmenovitý točivý moment motoru, N.m;

– jmenovitá úhlová rychlost motoru, 1/s;

nн – jmenovitá rychlost otáčení, ot./min.

Jmenovitý točivý moment motoru je úměrný objemu aktivních částí elektrického stroje a hodnotám elektrického a elektromagnetického zatížení akceptovaným pro tento stroj: přípustná proudová hustota ve vinutí А (A / mm 2) a indukce v magnetickém obvodu В (Kravata.

kde: D и L – průměr a délka aktivní části rotoru motoru.

Přibližně lze uvažovat, že rozměry a hmotnost činných částí motoru jsou úměrné jmenovitému točivému momentu. Například motor s jmenovitou rychlostí otáčení (asynchronní) 750 ot./min bude přibližně 4krát větší (co se týče aktivních částí) a dražší než motor o stejném výkonu, ale s jmenovitými (synchronními) otáčkami 3000 ot./min.

Na základě toho by si měl konstruktér při volbě kinematického schématu pohonu vybrat, čemu dát přednost: elektromotor s menší hmotností a menšími rozměry, ale s převodovkou s velkým převodovým poměrem, nebo elektromotor větších rozměrů a hmotnost v kombinaci s jednodušší převodovkou s menším převodovým poměrem Nebo se zcela obejít bez mechanické převodovky. Volba se provádí na základě technických a ekonomických úvah a výhodnosti uspořádání struktur pracovního stroje jako celku.

Pro elektrické pohony malého a středního výkonu (do 200 kW) se zpravidla používají elektropohony s převodem. Moderním konstrukčním řešením je použití převodových motorů, u kterých jsou elektromotor a převodovka spojeny do jednoho konstrukčního celku.

Výkon hnacího motoru se vypočítává hlavně na základě tří podmínek:

Zahřívání motoru během provozu nesmí překročit hodnotu povolenou pro danou třídu izolace.

Přetížitelnost motoru musí být dostatečná pro zajištění krátkodobých maximálních hodnot točivého momentu, které jsou obvykle určeny podmínkami dynamického rozběhu nebo brzdění.

U hnacích mechanismů s velkým momentem setrvačnosti nebo u mechanismů s velkým počtem startů za hodinu by startovací ztráty v motoru neměly vést k přehřátí rotoru.

Zahřívání motoru nad přípustnou hodnotu vede k urychlenému stárnutí izolace a selhání motoru. Hodnota přípustného ohřevu v závislosti na použité třídě izolace je uvedena v tabulce 11.1.

Přípustná teplota ohřevu a zvýšení teploty motoru pro různé třídy izolace