Wybór silnika elektrycznego
Warunki doboru silnika elektrycznego
Wybór jednego z katalogowych typów silników elektrycznych uważa się za prawidłowy, jeżeli spełnione są następujące warunki:
a) najpełniejsza zgodność silnika elektrycznego z maszyną roboczą (napędem) pod względem właściwości mechanicznych. Oznacza to, że silnik elektryczny musi mieć taką charakterystykę mechaniczną, aby mógł zapewnić napędowi niezbędne wartości prędkości i przyspieszenia zarówno podczas pracy, jak i podczas rozruchu;
b) maksymalne wykorzystanie mocy silnika elektrycznego podczas pracy. Temperatura wszystkich aktywnych części silnika elektrycznego w najcięższych trybach pracy powinna być jak najbardziej zbliżona do temperatury ogrzewania określonej przez normy, ale nie może jej przekraczać;
c) kompatybilność konstrukcyjna silnika elektrycznego z napędem i warunkami środowiskowymi;
d) zgodności silnika elektrycznego z parametrami jego sieci elektroenergetycznej.
a) nazwę i typ mechanizmu;
b) maksymalna moc wału napędowego mechanizmu, jeżeli tryb pracy jest ciągły i obciążenie jest stałe, aw pozostałych przypadkach - wykresy zmian mocy lub momentu oporu w funkcji czasu;
c) prędkość obrotowa wału napędowego mechanizmu;
d) sposób połączenia mechanizmu z wałem silnika elektrycznego (w obecności kół zębatych wskazano rodzaj przekładni i przełożenie);
e) wielkość początkowego momentu obrotowego, który musi zapewnić silnik elektryczny na wale napędowym mechanizmu;
f) ograniczenia kontroli prędkości mechanizmu napędowego, pokazujące górne i dolne wartości prędkości oraz odpowiadające im wartości mocy i momentu obrotowego;
g) charakter i jakość (płynność, gradacja) wymaganej kontroli prędkości;
(h) częstotliwość uruchamiania lub włączania napędu w ciągu jednej godziny; i) cechy środowiskowe.
Dobór silnika elektrycznego na podstawie uwzględnienia wszystkich warunków odbywa się na podstawie danych katalogowych.
W przypadku rozpowszechnionych mechanizmów dobór silnika elektrycznego jest znacznie uproszczony dzięki danym zawartym w odpowiednich informacjach producentów i sprowadza się do określenia typu silnika elektrycznego w odniesieniu do parametrów sieci i charakteru otoczenia .
Dobór silników elektrycznych według mocy
a) zgodnie z nominalnym trybem pracy;
b) poprzez zmiany ilości zużywanej energii.
Wyróżnia się następujące tryby pracy:
a) długi (długi), gdy okres pracy jest tak długi, że nagrzewanie silnika elektrycznego osiąga stabilną wartość (np. dla pomp, przenośników taśmowych, wentylatorów itp.);
b) krótkotrwałe, gdy czas trwania okresu pracy jest niewystarczający, aby silnik elektryczny osiągnął temperaturę nagrzania odpowiadającą danemu obciążeniu, a okresy postoju, przeciwnie, są wystarczające do schłodzenia silnika elektrycznego do temperatury otoczenia . W tym trybie mogą pracować silniki elektryczne z szeroką gamą mechanizmów;
c) z przerwami – o względnym cyklu pracy 15, 25, 40 i 60% o czasie trwania jednego cyklu nie przekraczającym 10 minut (np. itp.).
W zależności od zmian wartości zużycia energii różne są przypadki:
a) stałe obciążenie, gdy ilość energii pobieranej podczas pracy jest stała lub wykazuje niewielkie odchylenia od wartości średniej, np. dla pomp odśrodkowych, wentylatorów, sprężarek o stałym przepływie powietrza itp.;
b) obciążenie zmienne, gdy ilość pobieranej energii zmienia się okresowo, np. dla koparek, dźwigów, niektórych maszyn do cięcia metalu itp.;
c) obciążenie pulsacyjne, gdy ilość pobieranej energii zmienia się w sposób ciągły, takie jak pompy tłokowe, kruszarki szczękowe, przesiewacze itp.
Moc silnika musi spełniać trzy warunki:
b) wystarczająca przeciążalność;
c) wystarczający moment rozruchowy.
Wszystkie silniki elektryczne są podzielone na dwie główne grupy:
a) do pracy długoterminowej (bez ograniczenia czasu trwania włączenia);
b) do pracy przerywanej z czasami przełączania 15, 25, 40 i 60%.
Dla pierwszej grupy katalogi i paszporty podają moc ciągłą, jaką silnik elektryczny może rozwijać przez nieskończenie długi czas, dla drugiej – moc, jaką może rozwijać silnik elektryczny, pracując z przerwami przez dowolnie długi czas z określonym obrotem -według czasu trwania.
Za prawidłowo dobrany we wszystkich przypadkach uważa się taki silnik elektryczny, który pracując z obciążeniem zgodnie z harmonogramem określonym przez pracującą maszynę, osiąga pełne dopuszczalne nagrzanie wszystkich jego części. Do wyboru silniki elektryczne z tzw „Rezerwa mocy”, oparta na największym możliwym obciążeniu zgodnie z harmonogramem, prowadzi do niepełnego wykorzystania silnika elektrycznego, a tym samym do zwiększonych kosztów kapitałowych i operacyjnych z powodu zmniejszonych współczynników mocy i sprawności.
Nadmierny wzrost mocy silnika może również prowadzić do szarpnięć podczas przyspieszania.
Jeśli silnik elektryczny musi pracować przez długi czas ze stałym lub nieznacznie zmieniającym się obciążeniem, to określenie jego mocy nie jest trudne i odbywa się zgodnie ze wzorami, które zwykle zawierają współczynniki empiryczne.
Znacznie trudniej jest dobrać moc silników elektrycznych w innych trybach pracy.
Obciążenie krótkotrwałe charakteryzuje się tym, że okresy włączenia są krótkie, a przerwy wystarczające na całkowite wychłodzenie silnika elektrycznego. W tym przypadku zakłada się, że obciążenie silnika elektrycznego w okresach przełączania pozostaje stałe lub prawie stałe.
Aby silnik elektryczny mógł być prawidłowo wykorzystany do grzania w tym trybie, należy go tak dobrać, aby jego moc ciągła (podana w katalogach) była mniejsza od mocy odpowiadającej obciążeniu krótkotrwałemu, tj. silnik elektryczny ma przeciążenie termiczne w okresach jego krótkotrwałej pracy.
Jeżeli okresy pracy silnika elektrycznego są znacznie krótsze niż czas potrzebny do jego pełnego nagrzania, ale przerwy między okresami załączenia są znacznie krótsze niż czas całkowitego ostygnięcia, to występuje powtarzające się krótkotrwałe obciążenie.
W praktyce należy wyróżnić dwa rodzaje takiej pracy:
a) obciążenie w okresie pracy jest stałe co do wielkości, dlatego jego wykres jest przedstawiony za pomocą prostokątów naprzemiennie z przerwami;
b) obciążenie w okresie pracy zmienia się według mniej lub bardziej złożonego prawa.
W obu przypadkach problem doboru silnika elektrycznego pod względem mocy można rozwiązać zarówno analitycznie, jak i graficznie. Obie metody są dość skomplikowane, dlatego zalecana jest uproszczona metoda o równoważnej wielkości, która obejmuje trzy metody:
a) prąd skuteczny;
b) pierwiastek średniej kwadratowej potęgi;
(c) pierwiastek średniokwadratowy momentu.
Sprawdzenie mechanicznej przeciążalności silnika elektrycznego
Po dobraniu mocy silnika elektrycznego zgodnie z warunkami grzania należy sprawdzić wytrzymałość mechaniczną silnika elektrycznego na przeciążenia, tzn. upewnić się, że maksymalny moment obciążenia zgodnie z harmonogramem podczas pracy oraz moment rozruchowy nie będą przekraczać maksymalnego momentu momentu obrotowego zgodnie z katalogiem.
W asynchronicznych i synchronicznych silnikach elektrycznych o wartości dopuszczalnego przeciążenia mechanicznego decyduje ich wywracający moment elektromagnetyczny, po osiągnięciu którego te silniki elektryczne zatrzymują się.
Iloczyn maksymalnych momentów obrotowych w odniesieniu do wartości znamionowej powinien wynosić 1,8 dla trójfazowych silników asynchronicznych z pierścieniami ślizgowymi i co najmniej 1,65 dla tych samych silników klatkowych. Wielokrotność maksymalnego momentu obrotowego synchronicznego silnika elektrycznego musi również wynosić co najmniej 1,65 przy napięciu znamionowym, częstotliwości i prądzie wzbudzenia, przy współczynniku mocy 0,9 (przy prądzie wyprzedzającym).
Praktycznie asynchroniczne i synchroniczne silniki elektryczne mają mechaniczną przeciążalność do 2-2,5, aw niektórych specjalnych silnikach elektrycznych wartość ta wzrasta do 3-3,5.
Dopuszczalne przeciążenie silników prądu stałego jest określone przez warunki pracy i według GOST wynosi od 2 do 4 na moment obrotowy, dolna granica dotyczy silników elektrycznych ze wzbudzeniem równoległym, a górna granica dotyczy silników elektrycznych ze wzbudzeniem szeregowym.
Jeżeli sieci zasilające i dystrybucyjne są wrażliwe na obciążenia, to należy sprawdzić wytrzymałość mechaniczną na przeciążenia, uwzględniając straty napięcia w sieciach.
W przypadku asynchronicznych zwarciowych i synchronicznych silników elektrycznych wielokrotność momentu rozruchowego musi wynosić co najmniej 0,9 (w stosunku do wartości znamionowej).
W rzeczywistości początkowy mnożnik momentu obrotowego w silnikach elektrycznych z podwójnymi ogniwami wiewiórkowymi i silnikami elektrycznymi z głębokim rowkiem jest znacznie wyższy i sięga 2-2,4.
Przy doborze mocy silnika elektrycznego należy wziąć pod uwagę, że częstotliwość przełączania wpływa na nagrzewanie się silników elektrycznych.Dopuszczalna częstotliwość przełączania zależy od poślizgu normalnego, momentu obrotowego koła zamachowego wirnika i częstotliwości prądu rozruchowego.
Asynchroniczne silniki elektryczne zwykłych typów nie pozwalają na obciążenie od 400 do 1000, a silniki elektryczne o zwiększonym poślizgu - od 1100 do 2700 uruchomień na godzinę. Podczas uruchamiania pod obciążeniem dopuszczalna liczba uruchomień jest znacznie zmniejszona.
Prąd rozruchowy silników elektrycznych z wirnikiem klatkowym jest duży, a ta okoliczność w warunkach częstych rozruchów, a zwłaszcza przy zwiększonym czasie rozpędzania, jest istotna.
W przeciwieństwie do silników elektrycznych z wirnikiem fazowym, w których część ciepła powstającego podczas rozruchu oddawana jest w oporze, tj. poza maszyną, w silnikach klatkowych, całe ciepło oddawane jest do samej maszyny, co powoduje jej zwiększone nagrzewanie. Dlatego wybór mocy tych silników elektrycznych musi być dokonany z uwzględnieniem nagrzewania się podczas wielokrotnych rozruchów.