Выбор конкретного типоразмера двигателя ведется на основании технических требований к электродвигателю: расчетной мощности, требуемой частоты вращения, режима работы, допустимых значений воздействия внешней температуры и влажности, вибрационных и ударных воздействий, климатических факторов, места размещения двигателя при эксплуатации и других возможных факторов.
По указанным таблицам из ряда типоразмеров двигателей принятой серии выбирают типоразмер двигателя ближайшей большей номинальной мощности по отношению к рассчитанному значению, учитывающему режим работы электропривода.
Завышение требуемой мощности двигателя ведет к ухудшению его энергетических показателей (КПД и коэффициента мощности) и, как следствие, к увеличению непроизводительных потерь энергии и удорожанию эксплуатации двигателя. При этом также возрастают капитальные затраты.
Если же допустить занижение требуемой мощности двигателя, то его работа будет сопровождаться чрезмерным перегревом, что приведет к его преждевременному выходу из строя, непредвиденной остановке рабочего механизма, дополнительным расходам на ремонт или замену двигателя. Для обеспечения надежной работы двигателя необходимо также, чтобы перегрузочная способность и начальная
величина пускового момента выбранного типоразмера двигателя соответствовали предъявляемым требованиям.
Значительный опыт расчета требуемой мощности двигателя позволил создать общепринятую методику подобных расчетов для различных номинальных режимов работы двигателей.
1. Нагрузка продолжительная неизменная (см. рис. 5.11, а). Расчетная мощность двигателя определяется по (5.17). Затем по каталогу на предварительно выбранную серию двигателей определяют типоразмер двигателя с большим ближайшим значением номинальной мощности Pном требуемой частоты вращения nном.
При тяжелых условиях пуска и возможных перегрузках выбранный двигатель следует проверить на достаточность начального пускового момента и перегрузочную способность. Проверка двигателя на нагрев не требуется, поскольку нагрузка двигателя не превышает номинального значения, на которое проектировался двигатель, а следовательно, и нагрев двигателя не должен превышать допустимые значения.
Рисунок 5.11 - Нагрузочные диаграммы для длительного режима работы:
а – с постоянной нагрузкой, б – с переменной нагрузкой
2. Нагрузка продолжительная переменная (см. рис. 5.11, б). Расчет номинальной мощности двигателя выполняют либо методом средних потерь, либо методом эквивалентных величин (мощности, момента или тока).
Метод средних потерь. Используя нагрузочную диаграмму, определяют среднее значение мощности, кВт,
, (5.18)
где
;
.
Мощность на участках Px с продолжительностью tx задается нагрузочной диаграммой. Затем, используя полученное среднее значение мощности, по каталогу выбирают предварительную номинальную мощность двигателя, кВт,
, (5.19)
и определяют соответствующие этой мощности значение КПД для предварительно выбранного двигателя, а затем рассчитывают потери при номинальной нагрузке, кВт,
, (5.20)
Определяют потери на участках нагрузочной диаграммы P1P2 ... PN:
, (5.21)
Если в каталоге или справочнике на выбранный типоразмер двигателя приведены график или таблица зависимости КПД от нагрузки, то определение для разных значений мощности Px не составляет труда. Если же таких данных нет, то полные потери для разных значений коэффициента нагрузки по току
,
с некоторым приближением можно определить на участках нагрузочной диаграммы по формуле:
, (5.22)
где — отношение постоянных потерь к переменным :
. (5.23)
Приблизительные значения для различных двигателей:
Асинхронные двигатели общего назначения с короткозамкнутым ротором ……0,5 — 0,7
Асинхронные двигатели крановые:
с короткозамкнутым ротором …………………………………………………0,4 — 0,5
с фазным ротором ……………………………………………………………………0,6 — 0,9
Двигатели постоянного тока независимого возбуждения …………………………0,5 — 0,9
Двигатели постоянного тока крановые ………………………………………………1,0—1,5
Здесь большие значения соответствуют двигателям большей мощности.
Затем в соответствии с нагрузочной диаграммой определяют средние потери двигателя, кВт,
, (5.24)
где
. (5.25)
Полученное значение должно быть не больше номинальных потерь предварительно выбранного двигателя . В этом случае предварительно выбранный типоразмер принимают за окончательный. Если же оказалось, что , то по таблице технических данных этой же серии двигателей выбирают двигатель смежного типоразмера большей мощности и повторяют расчет. Окончательно выбранный типоразмер двигателя следует проверить на величину начального пускового момента и перегрузочную способность. Поскольку в принятом типоразмере средние потери не превышают величину номинальных потерь, проверки двигателя на нагрев не требуется.
Следует отметить, что выбор мощности двигателя по участку нагрузочной диаграммы с наибольшим значением мощности (участок P4 = 17 кВт, по каталогу ближайшее значение Pном = 18,5 кВт) был бы ошибочным, так как это привело бы к значительному недоиспользованию двигателя по мощности, а следовательно, вызвало бы увеличение капитальных затрат на электропривод и снижение его экономических показателей (КПД, и коэффициента мощности).
Метод средних потерь универсален и применим для всех режимов работы двигателей. Он является более точным по сравнению с методом эквивалентных величин, хотя и более трудоемок.
Метод эквивалентных величин. Эквивалентными считают такие условные значения тока, момента или мощности, при которых величина потерь в двигателе, работающем в продолжительном режиме с неизменной нагрузкой, равна потерям мощности при его работе в реальных условиях продолжительного режима с переменной нагрузкой.
Рассмотрим сначала метод эквивалентного тока, который основан на замене изменяющегося во времени тока нагрузки двигателя неизменным эквивалентным током,
. (5.26)
Так как эквивалентный ток создает в двигателе такие же потери, что и фактические токи нагрузки, это дает основание по каталогу выбрать типоразмер двигателя, номинальный ток которого равен или несколько больше эквивалентного тока. Выбранный типоразмер двигателя следует проверить по перегрузочной способности и на величину пускового момента.
Метод эквивалентного тока применим лишь при постоянстве мощности магнитных и механических потерь, а также постоянстве сопротивления обмоток в течение всего рабочего цикла. Такому условию, например, не удовлетворяют двигатели последовательного возбуждения, у которых при изменениях нагрузки в значительной степени меняются основной магнитный поток и частота вращения, а следовательно, изменяются магнитные и механические потери.
Более универсальным является метод эквивалентного момента
. (5.27)
Наиболее простым является метод эквивалентной мощности, когда расчет эквивалентной мощности ведется непосредственно по нагрузочной диаграмме
. (5.28)
Метод эквивалентной мощности может быть успешно применен для двигателей постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения и асинхронных двигателей, работающих на естественной механической характеристике, а также синхронных двигателей.
Расчет требуемой мощности двигателя методом эквивалентных величин менее трудоемок по сравнению с методом средних потерь, но уступает ему в точности.