Выбор асинхронного двигателя для повторно-кратковременной нагрузки

Асинхронные двигатели наиболее простые по устройству, поэтому при выборе электродвигателя для электропривода первоначально рассматривается вопрос применимости асинхронного двигателя. На всех предприятиях имеется сеть переменного тока, поэтому обязательно рассматривают возможность применения в электроприводе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Двигатели с фазным ротором на основании требования правил устройств электроустановок (ПУЭ) применяются только в том случае, когда асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором не могут быть применены по условиям пуска или регулирования скорости.

Электропривод с синхронным двигателем дороже, чем с асинхронным, и его применяют для электропривода механизмов продолжительной работы, не требующих регулирования скорости.

Особенностью асинхронного двигателя является его механическая характеристика, жестко определенная типом двигателя. В частности, каждый двигатель характеризуется заданным пусковым моментом (М_п) и заданным максимально возможным моментом (М_m). В связи с этим, выбранный по эквивалентным значениям двигатель должен быть проверен по условиям пуска и по перегрузочной способности.

Последовательность выбора асинхронного двигателя при заданной нагрузочной диаграмме тока I(t), мощности Р(t) или момента М(t) следующая:

1. По графику нагрузки определяется относительная продолжительность включения (ПВ_расч %) в соответствии с (1) и(2).

2. В зависимости от заданной нагрузочной диаграммы рассчитывается эквивалентное значение тока (I_эк, Р_эк или М_эк) по выражениям (7), (8), (9).

3. Полученная расчетная продолжительность включения ПВ_расч сравнивается со стандартной ПВ_ст. Стандартная ПВ имеет значения (15, 25, 40, 60 и 100)%. Если ПВ_расч отличается от ПВ_ст, то производится пересчет на ближайшее большее значение ПВ_ст по формулам:

,

, (13)

.

4. Далее производится выбор двигателя по каталогу.

Если задан график тока I(t), то выбирается двигатель при ПВ_ст, заданной скорости вращения n₀ и I _ст.эк. Номинальный ток двигателя (I _{ном. дв}) должен превышать эквивалентное значение (I _ст.эк):

I _{ном. дв} ≥ I _ст.эк. (14)

Если задан график мощности Р(t), то выбирается двигатель при ПВ_ст, заданной скорости вращения n₀ и Р _ст.эк. Номинальная мощность двигателя (Р _{ном. дв}) должна превышать эквивалентное значение (Р _ст.эк):

Р _{ном. дв} ≥ Р _ст.эк. (15)

Если задан график момента М(t), то сначала рассчитывается Р _ст.эк по формуле:

, (16)

а затем двигатель выбирается как в предыдущем случае.

Подбирается двигатель по каталогу, записывается тип двигателя и его номинальные параметры. Номинальные параметры удобно записать в виде таблицы:

Таблица1. Паспортные данные двигателя _________________

5. Выбранный двигатель с номинальной мощностью Р_н проверяется по перегрузочной способности, т.е. на способность преодоления наибольшего момента сопротивления механизма. Для этого определяется номинальный момент двигателя:

. (17)

Затем определяется наибольший момент сопротивления (М_{наиб.сопр}). Определение наибольшего момента сопротивления проводится по-разному в зависимости от заданного графика нагрузки.

1 случай. Если нагрузочная диаграмма задана графиком M(t), то наибольший момент сопротивления определяется из графика.

2 случай. Если нагрузочная диаграмма задана графиком мощности P(t), то М_{наиб.сопр} рассчитывается в следующем порядке:

а) рассчитывается критическое скольжение

; (18)

б) рассчитывается скорость ротора при критическом скольжении

. (19)

Тогда наибольший момент сопротивления можно найти из выражения:

, (20)

где Р _2max – определяется по нагрузочной диаграмме.

Если нагрузочная диаграмма задана графиком тока I(t), то сначала определяется наибольшая мощность, потребляемая двигателем,

, (22)

где U_н – номинальное напряжение питания двигателя (линейное);

I _max определяется из нагрузочной диаграммы.

Затем определяется полезная мощность на валу двигателя

, (23)

где η _н – номинальный коэффициент полезного действия (КПД) двигателя. Определяется по паспортных данным двигателя.

Далее расчет ведется как в предыдущем случае по пунктам а) и б).

Полученное значение наибольшего момента сопротивления М_{наиб.сопр} сравнивается с допустимым максимальным моментом сопротивления на валу двигателя, который, с учетом возможного понижения напряжения питания на 5%, будет равен

М _max.доп=0,9·(М_m/М_н)· М _н . (24)

Номинальный момент (М _н) рассчитан по (17).

М_m/М_н – определяется из паспортных данных двигателя (табл. 1).

Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы

М _max.доп≥ М_{наиб.сопр} (25)

Если данное условие не выполняется, то следует выбрать двигатель большей мощности и повторить его проверку на допустимую перегрузку.

6. Выбранный двигатель, прошедший проверку на допустимую перегрузку, проверяется по условию пуска:

М_{пуск.доп}≥М _{пуск.сопр}, (26)

где М_{пуск.доп}- допустимый пусковой момент двигателя,

М _{пуск.сопр} – момент сопротивления на валу двигателя при пуске.

В свою очередь, М_{пуск.доп} = 0,9 М_п = 0,9 (М _п/ М _н) М_н . (27)

М _п/ М _н определяется из паспортных данных двигателя (таблица 1), коэффициент 0,9 учитывает возможное понижение питающего напряжения на 5%.

Пусковой момент сопротивления (М _{пуск.сопр}) определяется по-разному, в зависимости от заданной нагрузочной диаграммы.

Если нагрузочная диаграмма задана графиком M(t), то пусковой момент сопротивления определяется из графика нагрузочной диаграммы при t =0.

Если нагрузочная диаграмма задана графиком мощности P(t), то М _{пуск.сопр} определяется из выражения:

, (28)

где Р ₁ – определяется из графика нагрузочной диаграммы при t = 0.

Если нагрузочная диаграмма задана графиком тока I(t), то М _{пуск.сопр} определяется из выражения:

, (29)

где I _пуск и I _max – определяются из графика нагрузочной диаграммы.

Если данное условие по условию пуска не выполняется, то следует выбрать двигатель большей мощности и повторить его проверку.