Selectie van elektromotoren voor apparatuur met verschillende soorten belasting en bedrijfsmodi

De juiste selectie van elektromotoren voor productiemechanismen zorgt voor een continue en betrouwbare werking gedurende de standaardlevensduur. Dit is een zeer belangrijk proces waarbij met veel verschillende factoren en criteria rekening moet worden gehouden. Een van de belangrijkste factoren is de overweging van de aard en het type van de lading.

Hier zijn alle criteria waarmee u rekening moet houden bij het kiezen: Hoe kies je de juiste elektromotor?

Bij het kiezen van elektromotoren voor verschillende machines, installaties en machines moet rekening worden gehouden met de verschillende soorten belasting, het type mechanische kenmerken, de aard en duur van de werkcycli van deze mechanismen.

Als u weet hoe de belasting op de as van de geselecteerde elektromotor zal veranderen, is het mogelijk om nauwkeurig te bepalen hoe de vermogensverliezen tijdens bedrijf zullen veranderen, en dankzij dit een elektromotor te kiezen die bij een bepaalde belasting niet oververhit raakt . De maximale verwarmingstemperatuur van de isolatie van de elektromotor zal gedurende de gehele werkcyclus de toegestane waarde niet overschrijden.

Onjuiste selectie van elektromotoren van productiemechanismen leidt tot verstoring van productieprocessen en leidt tot verlies van gefabriceerde producten en extra elektriciteitskosten.

Elektrische apparatuur met elektromotoren moet volledig voldoen aan de eisen van het technologische proces.

De keuze voor een van de catalogustypen elektromotoren wordt als correct beschouwd als aan de volgende voorwaarden is voldaan:

• de meest volledige overeenkomst van de elektromotor met de werkende machine (aandrijfmechanisme) in termen van mechanische eigenschappen. Dit betekent dat de elektromotor een dusdanige mechanische eigenschap moet hebben dat hij de aandrijving in stationaire en transiënte toestand de nodige waarden van snelheid en acceleratie kan geven;

• maximaal gebruik van het elektromotorvermogen in alle bedrijfsmodi. De temperatuur van alle actieve delen van de elektromotor in de zwaarste bedrijfsmodi moet zo dicht mogelijk bij de toegestane verwarmingstemperatuur liggen, maar deze niet overschrijden;

• compatibiliteit van de elektromotor met de aandrijving en omgevingsomstandigheden qua ontwerp;

• overeenstemming van de elektromotor met de parameters van de voeding.

Om een ​​elektromotor te kiezen zijn de volgende gegevens nodig:

• type en naam van het aandrijfmechanisme;

• maximaal asvermogen, als de bedrijfsmodus continu is en de belasting constant is, en in andere gevallen grafieken van veranderingen in vermogen of weerstandsmoment van de as als functie van de tijd;

• rotatiefrequentie (of rotatiefrequentiebereik) van de aandrijfas;

• methode van articulatie van het aandrijfmechanisme met de as van de elektromotor (in aanwezigheid van kinematische transmissies worden het type transmissie en de overbrengingsverhouding aangegeven);

• de hoeveelheid startkoppel die de elektromotor moet leveren aan de aandrijfas;

• limieten snelheidsregeling (boven- en onderwaarden en bijbehorende vermogens- en koppelwaarden);

• vereiste kwaliteit (vloeibaarheid, gradatie) van snelheidsregeling;

• frequentie van activering van de aandrijving binnen een uur;

• kenmerken van de externe omgeving.

De selectie van een elektromotor op basis van alle voorwaarden en nominale gegevens wordt uitgevoerd volgens catalogi.

De mogelijke werkingsmodi van elektrische aandrijvingen onderscheiden zich door een enorme variëteit in termen van de aard en duur van cycli, belastingswaarden, koelomstandigheden, de verhouding tussen aanloopverliezen en soepele werking, enz., vandaar de productie van elektromotoren voor elk van de mogelijke werkingsmodi van een elektrische aandrijving heeft geen praktische zin.

Op basis van de analyse van echte modi wordt een speciale klasse van modi geïdentificeerd: nominale modi, waarvoor seriële motoren worden ontworpen en vervaardigd.

De gegevens in het paspoort van een elektrische machine verwijzen naar een bepaalde nominale modus en worden de nominale gegevens van een elektrische machine genoemd.

Fabrikanten garanderen dat wanneer de elektromotor in nominale modus werkt bij nominale belasting, deze thermisch volledig wordt benut.

De huidige GOST biedt 8 nominale modi, die in overeenstemming met de internationale classificatie symbolen S1 - S8 hebben.

Continu bedrijf S1 — werking van de machine bij een constante belasting gedurende een tijd die lang genoeg is om een ​​constante temperatuur van alle onderdelen te bereiken.

Kortstondig bedrijf S2 — werking van de machine bij een constante belasting gedurende een tijd die onvoldoende is om alle onderdelen van de machine de ingestelde temperatuur te laten bereiken, gevolgd door het stoppen van de machine gedurende een tijd die voldoende is om de machine af te koelen tot een temperatuur van niet meer dan 2 °C van de omgevingstemperatuur. Voor kortdurend werk is de duur van de werkperiode 15, 30, 60, 90 minuten.

Intermitterend bedrijf S3 — een opeenvolging van identieke bedrijfscycli, die elk de tijd van continue belasting omvatten waarin de machine niet opwarmt tot de ingestelde temperatuur en de parkeertijd waarin de machine niet afkoelt tot de omgevingstemperatuur.

In deze modus is de duty cycle zodanig dat de inschakelstroom de temperatuurstijging niet significant beïnvloedt. De cyclustijd is onvoldoende om thermisch evenwicht te bereiken en bedraagt ​​niet meer dan 10 minuten. De modus wordt gekenmerkt door de waarde van de opnameduur in procenten:

Motoren die door de industrie voor deze werkingsmodus worden geproduceerd, worden gekenmerkt door een duty cycle (PV), die wordt gedefinieerd door de duur van één duty cycle

waarbij tp de looptijd van de motor is; tp — pauzetijd.

Gestandaardiseerde waarden van de duur van opname: 15, 25, 40, 60% of relatieve waarden van de duur van de werkperiode: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60. Voor de S3-modus komen de nominale gegevens alleen overeen met een bepaalde inschakelduur en verwijzen ze naar de inschakelduur.

Modi S1 ​​- S3 zijn momenteel de belangrijkste, waarvan de nominale gegevens door de lokale fabrieken voor elektrische voertuigen zijn opgenomen in de catalogi en het paspoort van de machine.

Lees er hier meer over: Bedrijfsmodi van elektromotoren

Voor een redelijke motorselectie in termen van vermogen is het noodzakelijk om te weten hoe de belasting van de motoras in de loop van de tijd verandert, wat het op zijn beurt mogelijk maakt om de aard van de verandering in vermogensverliezen te beoordelen.

Bovendien moet worden vastgesteld hoe het verwarmingsproces van de motor verloopt als gevolg van het vrijkomen van energieverliezen daarin. Met deze aanpak kunt u de motor zo kiezen dat de maximale temperatuur van de wikkelingsisolatie de toegestane waarde niet overschrijdt. Deze voorwaarde is een van de belangrijkste om de betrouwbare werking van de motor gedurende zijn hele levensduur te garanderen.

De keuze van het vermogen van de elektromotor moet worden gemaakt in overeenstemming met de aard van de belastingen op de werkende machine. Dit karakter wordt beoordeeld op twee gronden:

• volgens de nominale werkingsmodus;

• door veranderingen in de hoeveelheid verbruikte energie.

Het motorvermogen moet aan drie voorwaarden voldoen:

• normale verwarming tijdens bedrijf;

• voldoende overbelastbaarheid;

• voldoende startkoppel.

De keuze van elektromotoren met de zgn"Gangreserve", gebaseerd op de grootst mogelijke belasting volgens het schema, leidt tot onderbenutting van de elektromotor en dus tot hogere kapitaalkosten en bedrijfskosten als gevolg van verminderde vermogensfactoren en efficiëntie. Een overmatige toename van het motorvermogen kan ook leiden tot schokken tijdens het accelereren.

Als de elektromotor lange tijd moet werken met een constante of licht veranderende belasting, dan is het bepalen van het vermogen niet moeilijk en wordt het uitgevoerd volgens de formules. Het is veel moeilijker om het vermogen van elektromotoren in andere werkingsmodi te kiezen.

De kortdurende belasting wordt gekenmerkt door het feit dat de opnameperiodes kort zijn en de pauzes voldoende zijn voor de volledige koeling van de elektromotor. Hierbij wordt ervan uitgegaan dat de belasting van de elektromotor tijdens de schakelperiodes constant of nagenoeg constant blijft.

Om ervoor te zorgen dat de elektromotor correct wordt gebruikt voor verwarming in deze modus, moet deze zo worden gekozen dat het continue vermogen (aangegeven in de catalogi) lager is dan het vermogen dat overeenkomt met de kortdurende belasting, d.w.z. de elektromotor heeft een thermische overbelasting tijdens de perioden van kortstondig gebruik...

Als de bedrijfstijden van de elektromotor aanzienlijk korter zijn dan de tijd die nodig is voor volledige verwarming, maar de pauzes tussen de inschakelperiodes aanzienlijk korter zijn dan de tijd van volledige koeling, dan is er sprake van herhaalde kortdurende belasting.

Vermogensberekening en motorselectie voor continu gebruik

Bij een constante of licht variërende asbelasting mag het motorvermogen het belastingsvermogen slechts licht overschrijden.In dit geval moet aan de voorwaarde worden voldaan

Pn ≥P,

waarbij Pn het nominale motorvermogen is; P - laadvermogen. Het kiezen van een motor komt neer op het kiezen uit de catalogus.

Selectie van het motorvermogen voor continu gebruik. Als het koppel en vermogen van het productiemechanisme niet veranderen, moet een motor met een nominaal vermogen Pn gelijk aan het vermogen van de belasting worden gekozen, rekening houdend met verliezen in de transmissie (versnellingsbak):

Pn ≥ Pm /ηt, W

waarbij ηt het rendement van de transmissie (versnellingsbak) is.

Op een bepaald moment van weerstand van het aandrijfmechanisme Ms, N ∙ m en de rotatiefrequentie van de uitgaande as van de versnellingsbak n2, rpm

Pm = Mc ∙ ω2, W

waarbij ω2 = 2π ∙ n2 / 60, rad / s

Voor sommige productiemechanismen die in een continue modus werken met een constant moment van asweerstand, zijn er benaderende formules voor het bepalen van het vermogen van motoren.

Vermogensberekening en motorselectie voor kortdurende belasting

Motoren voor kortstondige werking van de elektrische aandrijving worden geselecteerd op basis van hun nominale vermogen, dat gelijk moet zijn aan het belastingsvermogen, rekening houdend met de duur van de werking. Standaard toegestane waarden voor motoren geproduceerd door de industrie voor kortdurend gebruik zijn 10, 30, 60, 90 minuten.

Als er geen motoren met intermitterende werking zijn, kunnen motoren met intermitterende werking worden geïnstalleerd. In dit geval komt een looptijd van 30 minuten overeen met inschakelduur = 15%, 60 minuten komt overeen met inschakelduur = 25% en 90 minuten komt overeen met inschakelduur = 40%.Als laatste redmiddel is het mogelijk om motoren te gebruiken voor continu bedrijf met Pn < P en de daaropvolgende controle op thermische omstandigheden.

Vermogensberekening en motorselectie voor intermitterende belasting

Voor een elektrische aandrijving die in intermitterende modus werkt, wordt het motorvermogen berekend met behulp van de gemiddelde verliesmethode of gelijkwaardige waarden. De eerste methode is nauwkeuriger, maar arbeidsintensiever. Het is handiger om de methode van equivalente waarden te gebruiken.Afhankelijk van het gegeven belastingsschema P = f (t), M = f (t), I = f (t), worden de gemiddelde kwadratische waarden bepaald, die zijn gelijkwaardig genoemd.

Equivalent vermogen is het RMS-vermogen van het belastingsdiagram

waarbij t1, t2, ..., tk - tijdsintervallen waarin het belastingsvermogen gelijk is aan respectievelijk P1, P2, ..., Pk.

Volgens de catalogus wordt voor de verkregen waarden van Reqv en PV het nominale motorvermogen gekozen uit de voorwaarde Pn ≥ REKV.

Als het diagram M = f(t) gegeven is, dan is het equivalente moment

en het equivalente vermogen bij snelheid n wordt gegeven door de uitdrukking

Req = Meq • n / 9550 (kW).

Als het diagram I = f(t) wordt gegeven, is de stroom van het verwarmingsequivalent

De berekende waarde van PVr wijkt vaak af van de standaardwaarden, daarom wordt ofwel de verkregen waarde van PVr afgerond naar de dichtstbijzijnde standaardwaarde, ofwel wordt het equivalente vermogen opnieuw berekend met behulp van de formule

Tijdens bedrijf worden kortstondige overbelastingen waargenomen die het nominale vermogen van de motor overschrijden. Ze hebben geen significante invloed op de verwarming van de motoren, maar kunnen leiden tot een onjuiste werking of afslaan. Daarom moet de motor worden gecontroleerd op overbelastbaarheid volgens de uitdrukking

Pm / Pn = ku ∙ Mm / Mn,

waarbij Pm het hoogste vermogen in het belastingsdiagram is; Mm / Mn — het veelvoud van het maximale koppel wordt bepaald door de catalogus; coëfficiënt ku = 0,8 houdt rekening met de mogelijke spanningsval in het netwerk.

Als aan deze voorwaarde niet wordt voldaan, moet een motor met een hoger vermogen uit de catalogus worden geselecteerd en opnieuw worden gecontroleerd op overbelastbaarheid.

Zie ook over dit onderwerp: Selectie van een motor voor intermitterend bedrijf

De industrie produceert een aantal series motoren met intermitterende belasting:

• asynchrone kranen met een eekhoornrotor in de MTKF-serie en met een faserotor in de MTF-serie;

• vergelijkbare metallurgische series MTKN en MTN;

• DC-serie D.

De machines van de gespecificeerde serie worden gekenmerkt door de vorm van een langwerpige rotor (anker), die zorgt voor een vermindering van het traagheidsmoment. Om de verliezen die vrijkomen in de statorwikkeling tijdens transiënten te verminderen, hebben motoren van de MTKF- en MTKN-serie een verhoogde nominale slip snom = 7 ÷ 12%. De overbelastingscapaciteit van de motoren van de kraan- en metallurgische serie is 2,3 - 3 bij inschakelduur = 40%, wat bij inschakelduur = 100% overeenkomt met λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.