Выбор мощности двигателя
Двигатель – это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии в механическую работу.
Выбор электрического двигателя по мощности является самым распространенным методом. Выбор мощности происходит в соответствии с характером нагрузки рабочей машины/механизма, которая оценивается по номинальному режиму работы и потребляемой мощности. Существуют три основных режима работы:
- Кратковременный.
- Повторно-кратковременный.
- Продолжительный.
В продолжительном режиме работы нагрев электрического двигателя достигает установившегося значения. В кратковременном режиме работы длительность рабочего периода недостаточна для того, чтобы достичь температуры нагрева, которая соответствует данной нагрузке. Для повторно-кратковременного режима работы длительность рабочего цикла не превышает десяти минут. По характеру изменения потребляемой мощности различают:
- Пульсирующую нагрузку (изменения мощности непрерывны).
- Переменная нагрузка (мощность меняется периодически).
- Постоянную нагрузку (величина мощности постоянная или отклонения незначительны).
Правильно выбранным считается тот электрический двигатель, который функционирует по графику, задаваемым рабочей машиной и достигает полного нагрева все составляющих. Если выбрать двигатель с некоторым запасом, то создается его недоиспользование, что способствует росту капитальных и эксплуатационных затрат. Если электродвигатель должен работать с постоянной нагрузкой, то определение его мощности заключается в специальных расчетах формул, в состав которых входят эмпирические коэффициенты.
В случае работы электрического двигателя в кратковременном режиме выбирается тот двигатель, у которого длительная мощность не превышает мощность, отвечающей кратковременной нагрузке. В данном случае выбор двигателя осуществляется аналитически или графически. Перечисленные способы выбора очень сложны, поэтому, как правило, предпочтение отдается методу эквивалентных величин, состоящему из трех способов - квадратичного тока, момента или мощности.
Построение механической характеристик электрического двигателя по каталогу (паспортным данным)
Механическая характеристика двигателя – это зависимость частоты вращения ротора от момента нагрузки на валу.
Механическая характеристика электродвигателя может быть естественной и искусственной. Естественная механическая характеристика соответствует паспортной (каталожной) характеристике. Искусственная механическая характеристика получается тогда, когда включаются дополнительные элементы, такие как реактор, резисторы, конденсаторы. В случае питания электрического двигателя не номинальным напряжением, его механическая характеристика также будет отличаться от каталожной характеристики. Механические характеристики представляют собой удобный инструмент, который используется при анализе динамических и статических режимов электрического привода.
Расчет механической характеристики электрического двигателя необходим для определения его статической устойчивости. Исходными данными для расчета являются информация каталога двигателя - паспортные данные. Сначала рассчитывается номинальный момент по следующей формуле:
$Мн = 9,55 * (Рн*nн)$
где Рн - номинальная мощность двигателя; nн - номинальная частота вращения ротора.
По паспортным данным можно определить кратность максимального момента:
$mk = Mk/Mн$
где Mк - критический момент
Пусковой момента рассчитывается следующим образом:
$mп = Mп/Мн$
где Мп - пусковой момент.
Теперь можно рассчитать реальные критический и пусковой моменты:
$Mk = mk*Mн$
$Мп = mп*Мн$
На практике часто применяется упрощенный метод расчета, который основан на определении четырех характерных точек механической характеристики электрического двигателя. Суть такого метода состоит в следующем. Сначала выписываются следующие данные каталога:
- Тип электрического двигателя.
- Номинальная мощность.
- Номинальная частота вращения ротора.
Затем рассчитывается кратность пускового и максимального моментов. Для построения механической характеристики, пример которой приведен на рисунке ниже, определяются четыре характерные точки.
Рисунок 1. Механическая характеристика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Первой такой точкой является точка идеального холостого хода:
n0 = (60*f) / p
где f - частота; р - количество полюсов на фазу.
В данном случае S=0
Вторая точка - точка номинального режима работы электрического двигателя, рассчитываемая по формуле:
$Мн = 9,55 * (Рн/nн)$
Точка Sн определяется следующим образом:
$Sн = ((n0-nн)n0) * 100$%
Третья точка - точка критического режима работы электрического двигателя.
$nk = n0*(1-Sk)=((60*f)/p)*(1-Sk)$
Отсюда, точку Sk можно рассчитать по формуле:
Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Четвертая точка - точка пускового режима работы электродвигателя:
$Мп=mп*Мн$