Выбор мощности электродвигателя

Для обеспечения надежной и экономичной работы системы электропривода необходимо произвести выбор электродвигателя правильно. Электрическая машина должна иметь мощность, которая строго соответствует ожидаемой нагрузке, а также режиму работы электропривода. Электропривод довольно сильно распространен в промышленности, имеет большое множество условий работы и требований рабочих машин, что делает выбор мощности электродвигателя не легкой задачей.

Завышение мощности электрической машины не является выходом из ситуации. Это связано с тем, что помимо излишних экономических затрат на завышенную мощность вырастают и габариты электродвигателя, его масса, ухудшаются энергетические показатели системы (машина работает с пониженным КПД), а в случае асинхронных электродвигателей с низким коэффициентом мощности cosφ увеличивается потребление реактивной мощности, что в свою очередь создает дополнительные проблемы. Занижение мощности то же не выход, так как это приведет к повышению температуры изоляции обмоток, соответственно срок службы машины существенно снижается.

Даже если выбор электрической машины осуществлен правильно, то в процессе работы могут возникать кратковременные толчки нагрузки (резкое увеличение момента сопротивления), которые могут значительно превосходить номинальную мощность электромашины. Однако, каждый тип электрической машины имеет свои факторы электрического происхождения, которые даже при кратковременной перегрузке (если она превзойдет определенный предел) могут вызвать нарушение нормальной работы механизма. При выборе электродвигателя необходимо руководствоваться  двумя основными факторами – мгновенной перегрузкой и нагревом.

Выбор мощности двигателя по нагрузке

Для этого необходимо определить номинальный момент из условия:

Где: М_макс – требуемый механизмом максимальный перегрузочный момент;

λ_м – перегрузочный коэффициент по моменту;

Если за исходную величину принимают ток, то выражение примет вид:

Перегрузочная способность машин постоянного тока

Для машин постоянного тока также необходимо учитывать и условия коммутации на коллекторе. Результирующая ЭДС, индуктируемая в коммутируемых секциях – фактор, вызывающий искрение в ДПТ:

Где: е_р – ЭДС реактивная — коммутируемой секции;

е_к – ЭДС коммутирующая. Создается потоком добавочных полюсов;

е_т – ЭДС трансформаторная —  индуктируется меняющимся магнитным потоком главных полюсов;

Приближенно можно считать, что искрообразование на коллекторе будет одинаковым при различных скоростях работы электродвигателя, если будет соблюдаться условие nI_я=const.

Для ДПТ крановых приводов и металлургических типа МП перегрузочная способность по моменту составляет:

Для длительного режима работы перегрузочная способность ДПТ должна быть не ниже чем 2,5. По току перегрузочную способность можно охарактеризовать:

Также необходимо учесть и то, что у двигателей последовательного и смешанного

возбуждения перегрузочная способность по моменту все же выше, чем по току. Это обусловлено усилением магнитного потока из – за последовательной обмотки возбуждения:

Где:

Перегрузочная способность асинхронных машин

Эта способность асинхронных электродвигателей ограничивается моментом критическим М_к. ГОСТ определяет на асинхронные металлургические и крановые трехфазные электроприводы λ>2,3. λ=1,7-2,2 для машин длительного режима работы.

Для асинхронных машин общепромышленной серии длительного режима работы λ:

• Для электродвигателей с фазным ротором – не менее 1,8;
• С короткозамкнутым – 1,65;

Также необходимо помнить и то, что моменты критические и пусковые асинхронной машины напрямую зависят от питающего напряжения. Поэтому необходимо учитывать возможную просадку напряжения в сети до 0,9U_ном и в расчетах нужно брать 0,8 перегрузочной способности, приведенной выше.

Перегрузочная способность синхронных машин

У синхронных электромашин такая мгновенная способность примерно равна 2,5-3. За счет форсирования возбуждения можно повысить до 3,5 и даже до 4,0.

Для трехфазных коллекторных электроприводов эта величина сильно зависит от скорости вращения электродвигателя и условий его коммутации. В среднем ее принимают равной порядка λм = 1,5-2.

Изолирующие материалы

Они определяют как и технико-экономические характеристики машины, так и ее надежность работы. Так как нагревостойкость изоляционных материалов относительно невелика, то ее нагрев ограничивает мощность электропривода. Технико-экономические соображения требуют, чтоб при нормальной эксплуатации срок службы изоляции составлял не менее 15-20 лет. По теплостойкости изоляции ее разделяют на:

В связи с тем, что условия работы электрических машин довольно разнообразны в отношении окружающей среды ГОСТ предлагает номинальные данные машины относить к тому случаю, когда температура окружающей среды равна 40 С⁰. Соответственно устанавливаются предельно допустимые значения перегрева над температурой окружающей среды для различных типов изоляции. Максимально допустимую температуру изоляции ϑ_изол можно представить как сумму температур окружающей среды и допустимого перегрева:

Где: ϑ₀ – температура окружающей среды;

τ_из – максимальный перегрев изоляции;

Как показывает практика – даже незначительный перегрев электродвигателя приводит к резкому сокращению срока его службы:

Как мы можем увидеть из графика, что для класса А повышение рабочей температуры с 95⁰ до 105⁰ снижает срок службы электромашины с 15 до 8 лет, что примерно в два раза.

При экспериментальном определении температуры обмоток используют несколько методов – метод термометра (пирометра), метод сопротивлений – при его использовании нагрев определяют по изменению омического сопротивления обмоток, а также метод температурных детекторов (термопары и прочие).

Результат, полученный в ходе измерений, будет довольно сильно зависеть от метода, который был выбран. Применение термометров (пирометров) довольно просто, при использовании дают довольно точный результат, но не позволяют измерять внутреннюю температуру обмоток. При использовании метода сопротивления – получим усредненный результат перегрева и не более. Температурные детекторы дают наиболее точный результат измерений, но только в местах их закладки.