Выбор мощности электропривода. Задача правильного определения требуемой мощности электропривода и выбора двигателей

Лекция 20

Выбор мощности электропривода

Задача правильного определения требуемой мощности электропривода и выбора двигателей, обладающих достаточной мощностью и перегрузочной способностью, имеет исключительно важное практическое значение. Ограничения, накладываемые на процессы электромеханического преобразования энергии по условиям нагрева, условиям коммутации тока на коллекторах машин постоянного тока, по максимальному моменту двигателей  переменного тока  при выборе двигателей должны учитываться тщательно, достоверно, с разумным запасом, обоснованным анализом вероятных изменений факторов, определяющих нагрев и перегрузочную способность двигателей, а также оценкой точности используемых методов расчета.

Ошибки в сторону занижения требуемой мощности электропривода снижают надежность его работы и при неблагоприятных условиях вызывают ускоренный износ изоляции и выход двигателей из строя. Однако ошибки в сторону запаса также влекут за собой издержки, связанные с нерациональным использованием оборудования, ухудшением энергетических показателей недогруженных двигателей и увеличением динамических нагрузок механизмов. Поэтому от правильности выбора двигателей при проектировании существенно зависит производительность, надежность и экономичность приводимых в движение машин.

Определяющими при выборе мощности двигателя являются нагрев его обмоток и возможные кратковременные перегрузки.  

Как было показано выше, в процессе работы двигателя в различных его частях выделяются потери энергии приводящие  к его нагреву. Наименее теплостойкой частью двигателя является  изоляция проводников обмоток.

На рис.1 ориентировочно показаны области допустимой температуры изоляции классов А и В в зависимости от срока службы. Из рисунка видно, что даже небольшое повышение температуры приводит к резкому сокращению времени работы изоляции.

Тепловые расчеты могут быть сделаны только для конкретного двигателя, для которого известны номинальная мощность, КПД, момент инерции и т.п.   Так как причиной нагревания двигателя являются потери мощности в элементах двигателя, которые выделяются при электромеханическом преобразовании энергии, то необходимо определить нагрузки двигателя в процессе его функционирования. С этой целью строят нагрузочные диаграммы, т.е. графики изменения тока, момента, мощности в производственных циклах работы приводимого механизма.

В соответствии с основным уравнением движения нагрузка двигателя зависит от статической нагрузки и динамических моментов, зависящих от изменения скорости электропривода:

                         (1)

Различают два вида нагрузочных диаграмм: нагрузочные диаграммы механизма и нагрузочные диаграммы двигателя.

Нагрузочной диаграммой исполнительного механизма  называется зависимость  момента статической нагрузки от времени , дополненная заданной тахограммой установившихся рабочих скоростей  .

Нагрузочной диаграммой исполнительного двигателя  называется зависимость момента  статической нагрузки , соответствующая известной зависимости текущей скорости электропривода от времени

Расчет нагрузочной диаграммы двигателя может быть выполнен с помощью (1), если известна нагрузочная диаграмма исполнительного механизма, суммарный момент инерции привода  и зависимость .

В начале проектирования, пока двигатель не выбран,   и не определены, поэтому основой для предварительного выбора двигателя и расчета нагрузочных диаграмм являются нагрузочные диаграммы исполнительного механизма, рассчитываемые по техническому заданию на проектирование.

Нагрузочные диаграммы двигателя - зависимости  в сочетании с зависимостями  позволяют рассчитать токи, суммарное тепловыделение в двигателе  и осуществить проверку правильности предварительного выбора двигателя.

Все многообразие производственных механизмов с точки зрения режимов работы электропривода можно разделить на две большие группы: механизмы непрерывного и механизмы циклического действия. Для электроприводов механизмов, относящихся к этим группам, характерны вполне определенные зависимости ,  и, в конечном счете, определенные типовые нагрузочные диаграммы двигателей . Заметим, что на вид зависимостей  принципиальное влияние оказывает требование изменения направления движения механизма, в соответствии с которым различают нереверсивные и реверсивные электроприводы.

Для механизмов непрерывного действия  характерны очень редкие  включения и отключения двигателя.

Примером механизма непрерывного действия, пуск которого осуществляется в начале смены, а отключение — в конце смены или после нескольких смен непрерывной работы, является вентилятор. Так как регулирование скорости не предусматривается, а нагрузка постоянна, нагрузочная диаграмма двигателя не отличается от нагрузочной диаграммы вентилятора.  Аналогичный режим работы, например, для эскалатора метрополитена будет отличаться изменениями во времени статической нагрузки, обусловленной изменениями потока пассажиров. В соответствии с механической характеристикой двигателя изменения будут вызывать изменения скорости и в переходных режимах динамические нагрузки будут оказывать влияние на нагрузочную диаграмму двигателя.

    Главной особенностью механизмов циклического действия является наличие в рабочем цикле одного или нескольких пусков, реверсов, торможений. Для таких режимов в техническом задании на проектирование