Выбор электродвигателя. Обозначение и характеристики электродвигателей.

Выбор электродвигателя

Условия для выбора электродвигателя

Выбор одного из каталожных типов электродвигателей считается правильным при соблюдении следующих условий:

- наиболее полное соответствие электродвигателя рабочей машине (приводу) по механическим свойствам. Это означает, что электродвигатель должен обладать такой механической характеристикой, при котором он мог бы сообщать приводу необходимые величины скорости и ускорений как при работе, так и при пуске в ход;

- максимальное использование мощности электродвигателя в процессе работы. Температура всех активных частей электродвигателя в наиболее тяжелых режимах работы должна максимально приближаться к обусловленной по нормам температуре нагрева, но не превосходить ее;

- соответствие электродвигателя приводу и условиям окружающей среды по конструктивному исполнению;

- соответствие электродвигателя параметрам питающей его сети. Для выбора электродвигателя необходимы следующие исходные данные:

- наименование и тип механизма;

- максимальная мощность на приводном валу механизма, если режим работы продолжительный и нагрузка постоянна, а в остальных случаях — графики изменения мощности или момента сопротивления в функции от времени;

- скорость вращения приводного вала механизма;

- способ сочленения механизма с валом электродвигателя (при наличии передач указываются род передачи и передаточное число);

- величина момента при пуске, которую должен обеспечить электродвигатель на приводном валу механизма;

- пределы регулирования скорости приводимого механизма с указанием верхнего и нижнего значений скоростей и соответствующих им величин мощности и момента;

- характер и качество (плавность, ступенчатость) необходимой регулировки скорости;

- частота пусков или включений привода в течение часа;

- характеристика окружающей среды.

Выбор электродвигателя на основе учета всех условий производится по каталожным данным.

Примечание. Для механизмов широкого применения выбор электродвигателя значительно упрощается за счет данных, содержащихся в соответствующей информации заводов-изготовителей, и сводится к уточнению типа электродвигателя применительно к параметрам сети и характеру окружающей среды.

Выбор электродвигателей по мощности

Выбор мощности электродвигателя должен производиться в соответствии с характером нагрузок рабочей машины. Этот характер оценивают по:

- номинальному режиму работы;

- изменениям величины нагрузки. Различают следующие режимы работы:

- продолжительный (длительный), когда рабочий период настолько велик, что нагрев электродвигателя достигает своего установившегося значения;

- кратковременный, когда длительность рабочего периода недостаточна для достижения электродвигателем температуры нагрева, соответствующей данной нагрузке, а периоды остановки, наоборот, достаточны для охлаждения электродвигателя до температуры окружающей среды;

- повторно-кратковременный — с относительной продолжительностью включения 15, 25, 40 и 60% при продолжительности одного цикла не более 10 мин (например, у подъемных кранов, некоторых станков, однопостовых сварочных двигателей-генераторов и т. п.).

По изменениям величины потребляемой мощности различаются следующие случаи:

- постоянная нагрузка, когда величина потребляемой мощности в течение работы постоянна или имеет незначительные отклонения от среднего значения, как, например, у центробежных насосов, вентиляторов, компрессоров с постоянным расходом воздуха и т. п.;

- переменная нагрузка, когда величина потребляемой мощности периодически меняется, как, например, у экскаваторов, кранов, некоторых станков и т. п.;

- пульсирующая нагрузка, когда величина потребляемой мощности меняется непрерывно, как, например, у поршневых насосов, щековых дробилок, грохотов и т. п.

Мощность электродвигателя должна удовлетворять условиям:

- нормального нагрева при работе;

- достаточной перегрузочной способности;

- достаточного пускового момента.

Все электродвигатели подразделяются на две основные группы:

- для длительного режима работы (без ограничения продолжительности включения);

- для повторно-кратковременного режима с продолжительностями включения 15, 25, 40 и 60%.

Для первой группы в каталогах и паспортах указывается длительная мощность, которую электродвигатель может развивать неограниченно долго, для второй группы — мощность, которую электродвигатель может развивать, работая с перерывами сколь угодно долгое время при определенной продолжительности включения.

Внимание. Правильно выбранным во всех случаях считается такой электродвигатель, который, работая с нагрузкой по графику, заданному рабочей машиной, достигает полного допустимого нагрева всех своих частей.

Выбор электродвигателей с так называемым «запасом по мощности», исходя из наибольшей возможной по графику нагрузки, ведет к недоиспользованию электродвигателя, а, следовательно, к увеличению капитальных затрат и эксплуатационных расходов за счет снижения коэффициентов мощности и полезного действия. Чрезмерное увеличение мощности электродвигателя может привести также к рывкам во время разгона.

Что можно узнать об электродвигателе, зная его каталожные данные

Состав информации каталога

Каталоги асинхронных двигателей содержат данные для их выбора:

- типоразмер;

- номинальная мощность для режима S1 (длительный режим);

- скольжение, весогабаритные показатели, число полюсов, диаметры вала (упомянуть по порядку);

- частота вращения при номинальной мощности;

- ток статора при номинальной мощности;

- коэффициент полезного действия при номинальной мощности;

- коэффициент мощности при номинальной мощности;

- кратность начального пускового тока, т. е. отношение начального пускового тока к номинальному;

- кратность пусковой мощности, т. е. отношение полной мощности при пуске к номинальной мощности;

- кратность начального пускового момента;

- кратности минимального момента;

- динамический момент инерции ротора.

Кроме этих данных, относящихся к номинальному или пусковому режимам, в каталогах сообщаются более подробные данные об изменении КПД и коэффициента мощности при изменении нагрузки на валу электродвигателя. Эти данные приводятся в табличной или графической форме. Пользуясь этими данными, можно рассчитать также ток статора и скольжение при различных значениях нагрузки на валу.

В каталогах указываются также размеры, необходимые для установки двигателя на объекте и присоединения его к питающей сети.

Система обозначений и примеры

На различных этапах создания, распределения, установки, эксплуатации и ремонта двигателей требуется различная детальность описания. Для большинства целей достаточна детализация на уровне типоразмера. Каталожное описание типоразмера двигателей серий 4А и АИ содержит признаки, обозначаемые максимально 24 символами.

Пример.

4А160М4УЗ — асинхронный двигатель серии 4А, со степенью защиты IP44, станина и щиты чугунные, высота оси вращения 160 мм, выполнен в станине средней длины М, четырехполюсный, предназначен для эксплуатации в умеренном климате, категория размещения 3.

4АА56В4СХУ1 — асинхронный двигатель серии 4А со степенью защиты IP44, станина и щиты алюминиевые, высота оси вращения 56 мм, имеет длинный сердечник, четырехполюсный, сельскохозяйственная модификация по условиям окружающей среды, предназначен для эксплуатации в умеренном климате, категория размещения 1.

Номинальная мощность двигателя

Определение.

Номинальной мощностью двигателя называют механическую мощность на валу в режиме работы, для которого он предназначен предприятием-изготовителем.

Ряд номинальных мощностей электродвигателей: 0,06; 0,09; 0,12; 0,18;

0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,7; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75;

90; 110; 132; 160; 200; 250; 315; 400 кВт.

Ряд синхронных частот вращения асинхронных двигателей установлен ГОСТ и при частоте сети 50 Гц имеет следующие значения: 500, 600, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин.

Механические характеристики и пусковые свойства двигателя

Определение. Механическая характеристика — это зависимость вращающего момента двигателя от его частоты вращения при неизменных напряжении, частоте питающей сети и внешних сопротивлениях в цепях обмоток двигателя.

Пусковые свойства характеризуются значениями пускового момента М_п, минимального момента М_min, максимального (критического) момента М_кр, пускового тока I_п или пусковой мощности Р_п или их кратностями.

Определение. Зависимость вращающего момента, отнесенного к номинальному вращающему моменту, от скольжения называется относительной

механической характеристикой электродвигателя.

Номинальный вращающий момент электродвигателя, Н/м, определяется по формуле

М_ном = 9550 · (Р_ном/n_ном),

где Р_ном — номинальная мощность, кВт; n_ном — номинальная частота вращения, об/мин.

Разновидности механических характеристик для различных модификаций асинхронных двигателей показаны на рис. 1.

Рис. 1. Механические характеристики асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором

Рабочие характеристики электродвигателей

Рабочие характеристики — это зависимости подводимой мощности P₁ (тока в обмотке статора I, вращающего момента М, КПД, коэффициента мощности cos j и скольжения s) от полезной мощности двигателя Р₂ при неизменных параметрах (напряжении на выводах обмотки статора, частоте сети и внешних сопротивлениях в цепях обмоток двигателя).

Если такие зависимости отсутствуют, то значения КПД и cos j могут быть приближенно определены по рис. 2–10.4.

Скольжение электродвигателя приближенно может быть определено по формуле:

s_ном = s₂· (P₂/P_ном),

а линейный ток статора электродвигателя — по формуле:

где I — ток статора, А; cosj — коэффициент мощности; U_ном — номинальное линейное напряжение, В;

h — КПД.

Частота вращения ротора электродвигателя определяется по формуле:

n = n_c(1 – s),

где n_c — синхронная частота вращения электродвигателя, об/мин.

Рис. 2. Типовые рабочие характеристики асинхронных электродвигателей

Рис. 3. Коэффициент полезного действия электродвигателя при частичных нагрузках

Рис. 4. Коэффициент мощности электродвигателя при частичных нагрузках

В асинхронных двигателях применяются следующие способы охлаждения:

- IC01 —двигатели со степенями защиты IP20, IP22, IP23 с вентилятором, расположенным на валу двигателя;

- IC05 —двигатели со степенями защиты IP20, IP22, IP23 с пристроенным вентилятором, имеющим независимый привод;

- IC0041 —двигатели со степенями защиты IP43, IP44, IP54 с естественным охлаждением;

- IC0141 —двигатели со степенями защиты IP43, IP44, IP54 с наружным вентилятором, расположенным на валу двигателя;

- IC0541 —двигатели со степенями защиты IP43, IP44, IP54 с пристроенным вентилятором, имеющим независимый привод.

На рис. 5 приведен общий вид закрытого обдуваемого электродвигателя.

Рис. 5. Закрытый обдуваемый электродвигатель (степень защиты IP44)