Мощность электродвигателей технологического оборудования выбирают по 30-минутной максимальной нагрузке, а насосов холодного и горячего водоснабжения, пожарных и других — по максимальному секундному расходу.
В зависимости от продолжительности и характера нагрузки для электродвигателей установлены три основных номинальных режима работы: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.
Рис. 4.3. Графики режимов работы электродвигателя:
а—продолжительный; б — продолжительный с переменной нагрузкой; в — кратковременный; г — поворотно-кратковременный
Для каждой рабочей машины характерна своя нагрузочная диаграмма, представляющая собой график изменения во времени значений мощности или момента. Для точных расчетов и выбора двигателей действительная нагрузочная диаграмма приводится к одному из указанных выше номинальных режимов. Графики работы электродвигателей с продолжительным, продолжительным с переменной нагрузкой, кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы представлены на рис. 4.3.
При продолжительном номинальном режиме работы двигатель работает с длительной неизменной или меняющейся по своему значению нагрузкой, при которой температура всех его частей достигнет своего установившегося значения, но не превысит значений, установленных для данного типа двигателей в зависимости от материалов, из которых он изготовлен.
Примером таких приводов могут служить насосы, вентиляторы, компрессоры, некоторые станки и т. д.
При кратковременном номинальном режиме периоды работы двигателя чередуются с перерывами. За время работы температура частей двигателя не достигает установившегося значения, а за время остановки он охлаждается до температуры окружающей среды. Для кратковременного режима работы выпускается специальная серия электродвигателей с продолжительностью рабочего периода 10, 30, 60, 90 мин, которая указывается в паспорте или технических условиях. Если такой двигатель включить на более длительное время, то температура его частей достигнет установившегося значения, превосходящего допустимое, что повлечет за собой сокращение срока службы или выгорание изоляции. Примером таких приводов являются электрозадвижки, вспомогательные механизмы некоторых станков, монтажных кранов и т. д.
Повторно-кратковременный режим характеризуется тем, что рабочие периоды чередуются с остановками или работой вхолостую. В период работы двигателя температура его повышается, в период паузы понижается. При правильном выборе двигателя температура его частей за периоды работы tр не должна достигнуть установившегося значения, а за периоды пауз % не должна снизиться до температуры окружающей среды. В данном режиме длительность цикла tц не превышает 10 мин.
Повторно-кратковременный режим работы характеризуется указанной в паспорте относительной продолжительностью рабочего периода (продолжительностью включения), %:
(4.16) Нормированные значения ПВ равны 15, 25, 40, 60 %.
В повторно-кратковременном режиме работает сравнительно большая группа механизмов: лифты, краны, прессы, электротали и т. п.
Для указанного режима работы выпускается промышленностью специальная серия крановых двигателей с повышенными для условий пуска и работы с перегрузкой пусковыми и максимальными моментами по сравнению с сериями двигателей, предназначенных для продолжительного режима работы. На щитках этих двигателей, кроме номинальной мощности указывается и номинальное значение ПВ, %· При работе с другим значением ПВ его мощность должна быть пересчитана на этот режим.
Рассмотрим наиболее распространенные методы выбора мощности электродвигателей. Мощность электродвигателя с постоянной нагрузкой выбирают по формуле
(4.17)
где Рнагр — мощность нагрузки, кВт; ηмех— КПД рабочего механизма; ηпер — КПД передачи от рабочего механизма к двигателю.
По рассчитанному значению Рд подбирают по каталогу двигатель ближайшей номинальной мощности Рд,ном, причем
(4.18)
В большинстве случаев технологические механизмы работают в продолжительном режиме, но с переменной нагрузкой. В этих случаях мощность двигателей выбирают, предварительно исходя из средней нагрузки с некоторым коэффициентом запаса Кзап=1,14-1,3, по формуле
(4.19)
где
— полное время цикла; Р1, Р2, ..., Рт —статические нагрузки на интервалах времени t1, t2, ...,tm, Кзап—коэффициент запаса, учитывающий динамическую нагрузку в периоды пуска и торможения.
По значению Рд принимают по каталогу двигатель, ближайший по номинальной мощности, но его параметры должны быть проверены по перегреву (τуст≤τдоп) и по условиям пуска и торможения.
Более точные результаты для определения мощности двигателя дают так называемые косвенные методы, широко применяемые на практике, если известна нагрузочная диаграмма привода: метод средних потерь и метод эквивалентных значений тока, момента, мощности.
Определение числа включений.
Некоторые станки, и особенно подъемно-транспортное оборудование, лифты, работают в повторно-кратковременном режиме с довольно значительным количеством включений в час. Частые пуски и торможения электродвигателей оказывают существенное влияние на нагрев двигателей и увеличивают потери мощности. Поэтому принятый двигатель должен проверяться на допустимое число включений в час. Для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором допустимое число включений h в час можно определять по следующей приближенной формуле:
(4.30)
Увеличить частоту включений можно либо снижением нагрузки на валу, либо уменьшением ПВ. Эта возможность при короткозамкнутых двигателях очень ограничена из-за больших потерь энергии при пуске и торможении. В отдельных случаях приходится устанавливать асинхронные двигатели с фазным ротором. Большой допустимой частотой включения обладают крановые двигатели, которые имеют меньший маховой момент ротора, а поэтому потери энергии и, следовательно, нагрев у них значительно меньше, чем у двигателей, предназначенных для длительной работы. Такие двигатели допускают 500 и более включений в час при мощности до 50 кВт. При мощности более 50 кВт по литературным данным допустимое количество включений в час колеблется от 15 до 150.
