Lựa chọn động cơ điện cho thiết bị với các loại phụ tải và chế độ vận hành

Việc lựa chọn chính xác động cơ điện cho các cơ chế sản xuất đảm bảo hoạt động liên tục và đáng tin cậy của chúng trong suốt thời gian sử dụng tiêu chuẩn. Đây là một quá trình rất quan trọng, trong đó nhiều yếu tố và tiêu chí khác nhau phải được xem xét. Một trong những yếu tố quan trọng nhất là việc xem xét bản chất và loại tải trọng.

Dưới đây là tất cả các tiêu chí cần xem xét khi lựa chọn: Cách chọn động cơ điện phù hợp

Khi lựa chọn động cơ điện cho các loại máy móc, hệ thống lắp đặt và máy móc khác nhau, cần tính đến các loại tải trọng khác nhau, loại đặc tính cơ học, tính chất và thời gian chu kỳ làm việc của các cơ chế này.

Biết được tải trọng trên trục của động cơ điện được chọn sẽ thay đổi như thế nào, có thể xác định chính xác tổn thất điện năng sẽ thay đổi như thế nào trong quá trình vận hành và nhờ đó, chọn một động cơ điện hoạt động ở một tải nhất định sẽ không bị quá nóng . Nhiệt độ phát nóng lớn nhất của cách điện của động cơ điện không được vượt quá giá trị cho phép trong toàn bộ chu trình làm việc.

Lựa chọn sai động cơ điện của cơ chế sản xuất dẫn đến gián đoạn quy trình sản xuất và dẫn đến tổn thất sản phẩm sản xuất và chi phí điện bổ sung.

Thiết bị điện có động cơ điện phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của quy trình công nghệ.

Việc lựa chọn một trong các loại động cơ điện trong danh mục được coi là đúng nếu đáp ứng các điều kiện sau:

• sự tương ứng đầy đủ nhất của động cơ điện với máy làm việc (cơ cấu truyền động) về các đặc tính cơ học. Điều này có nghĩa là động cơ điện phải có đặc tính cơ học sao cho nó có thể cung cấp cho truyền động các giá trị tốc độ và gia tốc cần thiết ở trạng thái đứng yên và nhất thời;

• sử dụng tối đa công suất động cơ điện ở mọi chế độ vận hành. Nhiệt độ của tất cả các bộ phận hoạt động của động cơ điện ở các chế độ vận hành khắc nghiệt nhất phải càng gần với nhiệt độ gia nhiệt cho phép càng tốt, nhưng không được vượt quá nhiệt độ đó;

• khả năng tương thích của động cơ điện với truyền động và điều kiện môi trường về mặt thiết kế;

• sự tuân thủ của động cơ điện với các thông số của nguồn điện.

Để chọn một động cơ điện, cần có dữ liệu sau:

• loại và tên của cơ chế truyền động;

• công suất trục tối đa, nếu chế độ vận hành liên tục và tải không đổi, và trong các trường hợp khác, biểu đồ thay đổi công suất hoặc mômen cản của trục dưới dạng hàm của thời gian;

• tần số quay (hoặc dải tần số quay) của trục truyền động;

• phương pháp khớp nối của cơ cấu truyền động với trục của động cơ điện (với sự có mặt của truyền động học, loại truyền động và tỷ số truyền được chỉ định);

• lượng mô-men xoắn khởi động mà động cơ điện phải cung cấp cho trục truyền động;

• giới hạn quy định tốc độ (giá trị trên, dưới và giá trị công suất, mô-men xoắn tương ứng);

• chất lượng yêu cầu (độ mịn, độ chuyển màu) của điều khiển tốc độ;

• tần suất kích hoạt ổ đĩa trong vòng một giờ;

• đặc điểm của môi trường bên ngoài.

Việc lựa chọn một động cơ điện dựa trên việc xem xét tất cả các điều kiện và dữ liệu danh nghĩa được thực hiện theo danh mục.

Các chế độ hoạt động có thể có của truyền động điện được phân biệt bởi rất nhiều loại về bản chất và thời lượng của chu kỳ, giá trị tải, điều kiện làm mát, tỷ lệ tổn thất khởi động và chạy trơn tru, v.v., do đó việc sản xuất động cơ điện cho từng loại về các chế độ hoạt động có thể có của một ổ điện không có ý nghĩa thực tế.

Dựa trên phân tích các chế độ thực, một loại chế độ đặc biệt được xác định - các chế độ danh nghĩa, trong đó các động cơ nối tiếp được thiết kế và sản xuất.

Dữ liệu có trong hộ chiếu của máy điện đề cập đến một chế độ danh nghĩa nhất định và được gọi là dữ liệu danh định của máy điện.

Các nhà sản xuất đảm bảo rằng khi động cơ điện hoạt động ở chế độ định mức ở mức tải định mức, nó sẽ được sử dụng hết nhiệt.

GOST hiện tại cung cấp 8 chế độ danh nghĩa, theo phân loại quốc tế có các ký hiệu S1 — S8.

Nhiệm vụ liên tục S1 - hoạt động của máy ở tải không đổi trong thời gian đủ dài để đạt được nhiệt độ không đổi của tất cả các bộ phận của nó.

Nhiệm vụ ngắn hạn S2 — vận hành máy ở tải không đổi trong thời gian không đủ để tất cả các bộ phận của máy đạt đến nhiệt độ cài đặt, sau đó dừng máy trong thời gian đủ để làm mát máy đến nhiệt độ không quá 2 ° C so với nhiệt độ môi trường. Đối với công việc ngắn hạn, thời lượng của thời gian làm việc là 15, 30, 60, 90 phút.

Chế độ làm việc không liên tục S3 — một chuỗi các chu kỳ làm việc giống hệt nhau, mỗi chu kỳ bao gồm thời gian hoạt động tải liên tục trong đó máy không nóng lên đến nhiệt độ cài đặt và thời gian đỗ xe trong đó máy không hạ nhiệt xuống nhiệt độ môi trường.

Ở chế độ này, chu kỳ làm việc sao cho dòng khởi động không ảnh hưởng đáng kể đến sự gia tăng nhiệt độ. Thời gian chu kỳ không đủ để đạt được trạng thái cân bằng nhiệt và không quá 10 phút. Chế độ được đặc trưng bởi giá trị của thời lượng bao gồm theo tỷ lệ phần trăm:

Động cơ do ngành công nghiệp sản xuất cho chế độ hoạt động này được đặc trưng bởi chu kỳ hoạt động (PV), được xác định bằng khoảng thời gian của một chu kỳ hoạt động

trong đó tp là thời gian chạy của động cơ; tp - thời gian tạm dừng.

Giá trị chuẩn hóa của thời gian tham gia: 15, 25, 40, 60% hoặc giá trị tương đối của thời gian tham gia: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60. Đối với chế độ S3, dữ liệu được xếp hạng chỉ tương ứng với một chu kỳ nhiệm vụ nhất định và đề cập đến khoảng thời gian làm việc.

Các chế độ S1 — S3 hiện là chế độ chính, dữ liệu danh nghĩa được các nhà máy sản xuất xe điện địa phương đưa vào danh mục và hộ chiếu của máy.

Đọc thêm về nó ở đây: Các chế độ làm việc của động cơ điện

Để lựa chọn động cơ hợp lý về mặt công suất, cần phải biết tải của trục động cơ thay đổi như thế nào theo thời gian, từ đó có thể đánh giá bản chất của sự thay đổi tổn thất điện năng.

Ngoài ra, cần thiết lập quá trình làm nóng động cơ diễn ra như thế nào do việc giải phóng tổn thất năng lượng trong đó. Cách tiếp cận này cho phép bạn chọn động cơ sao cho nhiệt độ tối đa của lớp cách điện cuộn dây không vượt quá giá trị cho phép. Điều kiện này là một trong những điều kiện chính để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của động cơ trong suốt thời gian sử dụng.

Việc lựa chọn công suất của động cơ điện phải được thực hiện phù hợp với bản chất của tải trên máy làm việc. Nhân vật này được đánh giá trên hai cơ sở:

• theo phương thức hoạt động danh định;

• thông qua những thay đổi về lượng năng lượng tiêu thụ.

Công suất động cơ phải đáp ứng ba điều kiện:

• sưởi ấm bình thường trong quá trình hoạt động;

• đủ khả năng quá tải;

• đủ momen khởi động.

Sự lựa chọn của động cơ điện với cái gọi là"Dự trữ năng lượng", dựa trên tải lớn nhất có thể theo lịch trình, dẫn đến việc sử dụng không đúng mức động cơ điện, và do đó làm tăng chi phí vốn và chi phí vận hành do hệ số công suất và hiệu suất giảm. Công suất động cơ tăng quá mức cũng có thể dẫn đến giật khi tăng tốc.

Nếu động cơ điện phải làm việc trong thời gian dài với tải không đổi hoặc ít thay đổi thì việc xác định công suất của nó không khó và được thực hiện theo các công thức. Việc lựa chọn công suất của động cơ điện trong các chế độ vận hành khác sẽ khó khăn hơn nhiều.

Tải ngắn hạn được đặc trưng bởi thực tế là thời gian bật ngắn và thời gian nghỉ đủ để làm mát hoàn toàn động cơ điện. Trong trường hợp này, giả định rằng tải trên động cơ điện trong các khoảng thời gian chuyển mạch không đổi hoặc gần như không đổi.

Để động cơ điện được sử dụng chính xác để sưởi ấm ở chế độ này, cần phải chọn nó sao cho công suất liên tục của nó (được chỉ định trong danh mục) nhỏ hơn công suất tương ứng với tải ngắn hạn, tức là. động cơ điện bị quá tải nhiệt trong thời gian hoạt động ngắn hạn của nó...

Nếu thời gian hoạt động của động cơ điện ít hơn đáng kể so với thời gian cần thiết để làm nóng hoàn toàn động cơ, nhưng thời gian tạm dừng giữa các giai đoạn bật ngắn hơn đáng kể so với thời gian làm mát hoàn toàn, thì sẽ có tải ngắn hạn lặp lại.

Tính toán công suất và lựa chọn động cơ để hoạt động liên tục

Với tải trục không đổi hoặc thay đổi một chút, công suất động cơ chỉ nên vượt quá công suất tải một chút.Trong trường hợp này, điều kiện phải được đáp ứng

Pn ≥ P,

trong đó Pn là công suất định mức của động cơ; P - công suất tải. Chọn một động cơ bắt nguồn từ việc chọn nó từ danh mục.

Lựa chọn công suất động cơ để máy hoạt động liên tục. Nếu mô-men xoắn và công suất của cơ chế sản xuất không thay đổi, thì nên chọn động cơ có công suất danh định Pn bằng công suất của tải, có tính đến tổn thất trong hộp số (hộp số):

Pn ≥ Pm /ηt, W

trong đó ηt là hiệu suất của hộp số (hộp số).

Tại một thời điểm nhất định, lực cản của cơ cấu truyền động Ms, N ∙ m và tần số quay của trục đầu ra của hộp số n2, vòng / phút

Pm = Mc ∙ ω2, W

trong đó ω2 = 2π ∙ n2 / 60, rad / s

Đối với một số cơ chế sản xuất hoạt động ở chế độ liên tục với mô men cản trục không đổi, có các công thức gần đúng để xác định công suất của động cơ.

Tính toán công suất và lựa chọn động cơ cho tải ngắn hạn

Động cơ cho hoạt động ngắn hạn của ổ điện được chọn theo công suất định mức của chúng, phải bằng công suất tải, có tính đến thời gian hoạt động. Các giá trị tiêu chuẩn cho phép đối với động cơ do ngành sản xuất để vận hành trong thời gian ngắn là 10, 30, 60, 90 phút.

Trong trường hợp không có động cơ làm việc gián đoạn, có thể lắp đặt động cơ làm việc gián đoạn. Trong trường hợp này, thời gian chạy 30 phút tương ứng với chu kỳ nhiệm vụ = 15%, 60 phút tương ứng với chu kỳ nhiệm vụ = 25% và 90 phút tương ứng với chu kỳ nhiệm vụ = 40%.Phương án cuối cùng, có thể sử dụng các động cơ để vận hành liên tục với Pn < P và sau đó kiểm tra các điều kiện nhiệt của chúng.

Tính toán công suất và lựa chọn động cơ cho tải gián đoạn

Đối với truyền động điện làm việc ở chế độ gián đoạn, công suất động cơ được tính bằng phương pháp tổn thất trung bình hoặc các giá trị tương đương. Phương pháp đầu tiên chính xác hơn, nhưng tốn nhiều công sức hơn. Sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng phương pháp các giá trị tương đương.Tùy thuộc vào biểu đồ phụ tải đã cho P = f (t), M = f (t), I = f (t), các giá trị bình phương trung bình được xác định, đó là được gọi là tương đương.

Công suất tương đương là công suất RMS của sơ đồ tải

trong đó t1, t2, …, tk — khoảng thời gian trong đó công suất tải lần lượt bằng P1, P2, …, Pk.

Theo danh mục, đối với các giá trị Reqv và PV thu được, công suất định mức của động cơ được chọn từ điều kiện Pn ≥ REKV.

Nếu cho biểu đồ M = f(t) thì momen tương đương

và công suất tương đương ở tốc độ n được cho bởi biểu thức

Req = Meq • n/9550 (kW).

Nếu cho giản đồ I = f(t) thì cường độ dòng điện đốt nóng tương đương

Giá trị tính toán của PVr thường khác với giá trị tiêu chuẩn, do đó, giá trị thu được của PVr được làm tròn thành giá trị tiêu chuẩn gần nhất hoặc công suất tương đương được tính toán lại bằng công thức

Trong quá trình vận hành, quá tải ngắn hạn được quan sát thấy vượt quá công suất định mức của động cơ. Chúng không ảnh hưởng đáng kể đến việc làm nóng động cơ, nhưng có thể dẫn đến hoạt động sai hoặc chết máy. Vì vậy nên kiểm tra khả năng quá tải của động cơ theo biểu thức

Pm / Pn = ku ∙ Mm / Mn,

trong đó Pm là công suất cao nhất trong sơ đồ phụ tải; Mm / Mn — bội số của mô-men xoắn cực đại được xác định bởi danh mục; hệ số ku = 0,8 có tính đến khả năng sụt áp trong mạng.

Nếu điều kiện này không được đáp ứng, thì phải chọn động cơ có công suất cao hơn từ danh mục và kiểm tra lại khả năng quá tải.

Xem thêm về chủ đề này: Lựa chọn động cơ làm việc gián đoạn

Ngành công nghiệp sản xuất một số loạt động cơ tải gián đoạn:

• cần cẩu không đồng bộ với rôto lồng sóc trong sê-ri MTKF và rôto pha trong sê-ri MTF;

• dòng luyện kim tương tự MTKN và MTN;

• Dòng điện một chiều D.

Các máy thuộc sê-ri được chỉ định được đặc trưng bởi hình dạng của một rôto kéo dài (neo), giúp giảm mômen quán tính. Để giảm tổn thất thoát ra trong cuộn dây stato trong quá trình chuyển tiếp, các động cơ thuộc sê-ri MTKF và MTKN có độ trượt danh nghĩa tăng lên snom = 7 ÷ 12%. Khả năng quá tải của các động cơ thuộc dòng cần trục và luyện kim là 2,3 — 3 ở chu kỳ làm việc = 40%, ở chu kỳ làm việc = 100% tương ứng với λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.