Подбор электродвигателя по мощности и частоте вращения
Выбор электродвигателя в зависимости от мощности и частоты вращения
Подписка на рассылку
- ВКонтакте
- ok
- YouTube
- Яндекс.Дзен
- TikTok
Ни одно производство сегодня невозможно представить без использования оборудования с электродвигателем. Наиболее распространенными на данный момент являются трехфазные асинхронные электродвигатели, которые преобразуют энергию электротока в кинетическую. Они широко используются в системах вентиляции, электротранспорте, насосном оборудовании, промышленных станках и т. д. Действительно, список можно продолжать до бесконечности.
Асинхронные двигатели считаются самыми простыми с конструктивной точки зрения механизмами. Двигатели этого типа не имеют узла скользящего токосъема либо щеточно-коллекторного узла, что обеспечивает не только высокую надежность, но и минимальные расходы на эксплуатацию. Сегодня существует два вида двигателей такого типа: с короткозамкнутым и фазным роторами. Первый отличается простотой в эксплуатации и надежностью. К его минусам можно отнести повышенное (в 5–6 раз) потребление тока при пуске. Второй, с фазным ротором, лишен этого недостатка, но более сложен в эксплуатации.
Число питающих фаз определяет конструкцию двигателей. Так, выделяют однофазные и трехфазные асинхронные электродвигатели. Последний, при определенных условиях, может питаться и от однофазной сети, ведь двигатели такого типа применяются не только в промышленности, сельском хозяйстве или строительстве, но и в быту, в частном секторе и домашних мастерских. Однофазные без дополнительных приспособлений могут питаться от домашней электросети и приводить в движение стиральные машины, небольшие деревообрабатывающие станки, вентиляторы, электрические инструменты, насосы и т. д.
Прежде чем отправиться за покупкой электродвигателя, стоит определиться, на что обращать внимание. К основным критериям, которыми нужно руководствоваться при выборе, можно отнести мощность электродвигателя и частоту его вращения.
Главной особенностью таких механизмов считается значительно меньшая частота вращения ротора по сравнению с вращением магнитного поля. Это напрямую связано с количеством полюсов обмотки. Так, если в маркировке модели указывается 2P, то это говорит о наличии у двигателя двух полюсов, а номинальная частота вращения электродвигателя в таком случае составляет 3000 оборотов в минуту.
Увеличение количества полюсов увеличивает магнитное поле, за счет чего понижается скорость вращения ротора. Например, четыре полюса (4P) соответствуют 1500 об/мин, шесть полюсов (6P) — 1000 об/мин, восемь полюсов (8P) — 750 об/мин, двенадцать полюсов (12P) — 500 об/мин. Чтобы правильно подобрать электродвигатель, следует уточнить частоту вращения приводимого механизма — с тем условием, что частота вращения электродвигателя должна быть немного больше.
Большинство современных механизмов работают в режиме постоянной нагрузки. Это и компрессоры, и вентиляторы, и насосы, и другое оборудование, широко применяемое в быту и на производстве. Выбор электропривода также должен основываться и на потребляемой механизмом мощности. Общий расчет мощности электродвигателя осуществляется на основе следующей формулы:
Рм — значение мощности, потребляемой электродвигателем,
ηП — КПД передачи.
Важно помнить, что расчетное значение должно быть несколько меньше номинальной мощности приобретаемого электропривода.
Если вам предстоит выбрать привод для вентилятора, то определение мощности электродвигателя должно осуществляться по нижеприведенной формуле:
Kз — коэффициент запаса,
H — давление на выходе,
Q — производительность вентилятора,
ηп — КПД передачи,
ηв — КПД вентилятора.
Расчет мощности электродвигателя для конвейера следует осуществлять по нижеприведенной формуле:
Fн — значение усилия на набегающем участке,
v — скорость, с которой перемещается тяговой орган,
ηп — КПД привода.
Помните: правильный выбор электродвигателя позволит снизить количество потребляемой устройством энергии и существенно продлит срок его эксплуатации.
ВЫБОРЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Электродвигатели к рабочим машинам и механизмам выбирают: по напряжению; роду тока; частоте вращения; условиям окружающей среды; характеру и значению нагрузки.
Выбор электродвигателя по напряжению и роду тока однозначен, так как электроснабжение сельских потребителей происходит по системе 380/220 В переменного тока. В подавляющем большинстве случаев в качестве электропривода сельскохозяйственных машин используют короткозамкнутые асинхронные двигатели, так как они наиболее дешевы, просты и надежны в эксплуатации. Асинхронные электродвигатели с фазным ротором применяют сравнительно редко, главным образом, когда необходимы большой пусковой момент и пониженное значение пускового тока (приводы мельничных поставов, сложных молотилок и т. п.). Применение таких двигателей целесообразно при питании от источников малой мощности в тех случаях, когда короткозамкнутые двигатели не проходят по условиям запуска. Для привода небольших по мощности потребителей (бытовые холодильники, стиральные машины, пылесосы, электродрели, маломощные вентиляторы и др.) применяют однофазные асинхронные двигатели мощностью 18. 600 Вт напряжением 380, 220 В. Иногда вместо однофазных используют трехфазные двигатели, работающие в однофазном режиме. Мощность их при работе снижается на 30. 40 %.
Выбор электродвигателя по частоте вращения. При выборе электродвигателя по частоте вращения необходимо учитывать следующее. Нужно стремиться к тому, чтобы двигатель имел такую же частоту вращения, что и рабочая машина, так как это избавит от промежуточной передачи.
В общем случае задача выбора двигателя по частоте вращения — это задача экономическая. С увеличением частоты вращения двигателя его габариты снижаются, а значит, уменьшается расход активных материалов и падает стоимость. Кроме того, высокоскоростные двигатели имеют более высокие КПД и cos ср по сравнению с тихоходными двигателями. С другой стороны большинство сельскохозяйственных машин тихоходные, поэтому между двигателем и рабочей машиной необходима механическая передача. С увеличением передаточного числа стоимость передачи растет.
Коэффициент полезного действия передачи зависит от ее типа. Рекомендуются следующие значения КПД передачи: для ременной 0,83. 0,9; для клиноременной 0,97. 0,98; для зубчатой 0,98; при непосредственном соединении при помощи муфты — 1.
Таким образом, для каждой конкретной рабочей машины есть своя оптимальная частота вращения.
Выбор электродвигателя по условиям окружающей среды. Промышленность выпускает электродвигатели следующих исполнений: защищенные, закрытые обдуваемые, взрывозащищенные. В сельскохозяйственном производстве наибольшее распространение получили первые две группы электродвигателей.
В двигателях защищенного исполнения все вращающиеся и токоведущие части закрыты. Это предотвращает от случайного прикосновения к токоведущим частям, попадания капель и посторонних предметов. Воздух, необходимый для охлаждения, поступает внутрь двигателя через вентиляционные окна.
Двигатели закрытого обдуваемого исполнения таких окон не имеют, поэтому охлаждение осуществляется вентилятором, установленным снаружи на валу двигателя и закрытым специальным кожухом. Этот вентилятор засасывает воздух через отверстия в кожухе и направляет его вдоль ребер статора, предназначенных для улучшения охлаждения. Кроме того, предусмотрена вентиляция и внутри корпуса электродвигателя.
При выборе электродвигателя необходимо знать характер среды помещения, в котором он будет установлен. При этом следует руководствоваться данными таблицы 7.1.
7.1. К выбору типа электродвигателей
Место установки электродвигателя |_Тип электродвигателя
Сухое помещение без пыли, грязи и едких паров с температурой 0. 35 ‘С
Пыльное или влажное помещение
Открытый или защищенный, для умерен ного климата, работающий в закрытых помещениях, 1Р23 Закрытый, IP44
Пыльное помещение с категорией Закрытый с пылеуплотненной вводной по пожаро- и взрывоопасности коробкой УП, 1Р54 (или IP44)
Помещение с высокой температурой Закрытый с независимой вентиляцией или
в тропическом исполнении, IP44, 1Р54
Помещение с высокой влажностью Закрытый герметичный или с влагостойкой
изоляцией, IP54
Взрывоопасные помещения: В-1 В-Н
Открытый воздух
Взрывобезопасное Взрывозащищенное Закрытый, работающий на открытом воздухе, IP44
Выбор мощности электродвигателя. Для правильного выбора мощности электродвигателя необходимо знать режим, в котором он будет работать. При продолжительном режиме работы правильно выбранный двигатель должен работать достаточно долго без перегрева сверх допустимой для данного класса изоляции температуры.
Различают работу двигателя при постоянной и переменной нагрузке. При постоянной нагрузке мощность двигателя РпВ определяют в зависимости от мощности на валу машины Р^н по формуле
Обычно мощность рабочей машины указана в ее паспорте. Для некоторых машин ее можно подсчитать по теоретическим или эмпирическим формулам, а также по нормативным показателям потребления электрической энергии на единицу продукции
где И’—потребление энергии на производство единицы продукции, кВтч/т; П— производительность рабочей машины, т/ч.
Выбранный по каталогу двигатель проверяют на возможность пуска, так как рабочие машины обычно имеют повышенное сопротивление в момент трогания с места. В общем случае пусковой момент двигателя должен быть в 1,5 раза больше момента трогания рабочей машины.
При переменной нагрузке рабочей машины электродвигатель к ней подбирают методом эквивалентных величин: тока, момента или мощности. Под эквивалентной мощностью понимают постоянную мощность, при которой потери в двигателе равны потерям при данном переменном графике нагрузки. Эквивалентную мощность определяют по формуле
где Р2. Р„ — мощности рабочей машины в течение интервалов времени ‘Ь ‘2,-> ‘«•
Для новых рабочих машин график нагрузки составляют при помощи регистрирующих приборов (амперметра и ваттметра).
Выбранный электродвигатель проверяют на перегрузочную способность, которая характеризуется допустимым для данного типа двигателя отношением максимального момента (или тока) к номинальному. Учитывая возможность снижения напряжения при перегрузке, необходимо, чтобы максимальное мгновенное значение нагрузочного момента двигателя не превосходило 0,8рмЛ/н, где цм — перегрузочная способность двигателя по моменту. Для асинхронных двигателей эта величина колеблется от 1,7 до 2,4 в зависимости от мощности и частоты вращения. Для привода машин с ударной или колебательной нагрузкой применяют двигатели с повышенным скольжением. Чтобы смягчить колебания нагрузки, нужно повысить инерционность электропривода. Для этого используют дополнительные маховые (инерционные) массы.
Расчет мощности электродвигателя
Если вы задались целью создать электрический привод, например, собственную мельницу, насосную станцию, транспортерную ленту или другое полезное в хозяйстве устройство, вам надо найти или купить электродвигатель и убедиться в том, что его мощность соответствует поставленным задачам.
Сегодня мы осветим некоторые аспекты, касающиеся устройства и рабочих качеств электрических машин, что поможет вам сделать правильный выбор.
Как выбрать электродвигатель
Подбор электродвигателя стоит начать со знакомства с типами электрических машин. Основное их отличие состоит в способе взаимодействия магнитных полей статора и ротора. По этому признаку они делятся на два типа:
- Синхронные.
- Асинхронные.
Синхронные электрические машины
У них магнитное поле статора и ротора создается внешними источниками, они независимы друг от друга, их смена положения их полюсов происходит синхронно.
Двигатели постоянного тока
Исходя из принципа механики Ньютона, утверждающего, что всякое движение относительно, электродвигатель постоянного тока можно назвать синхронной машиной. Хотя магнитные поля статора и ротора в ней неподвижные, а вращение вала происходит за счет эффекта отталкивания одноименных полюсов магнитов и притягивания разноименных.
Синхронизация их положения относительно друг друга происходит особого устройства – коллектора, расположенного на валу ротора. Это кольцо из меди, поделенное на секторы диэлектриком. Концы обмоток ротора подключаются к этим секторам и создают контактные пары.
На них через угольные щетки подается постоянный ток. Во время вращения вала происходит переключение полюсов между парами. Магнитное поле статора может создаваться металлами с остаточным магнетизмом или прохождением тока по обмоткам. Последние применяются в электрических машинах большой мощности.
Их достоинством является большой коэффициент полезного действия, до 98%, а также стабильно высокий вращающий момент и малая зависимость от перегрузок. Двигатели постоянного тока отлично подходят для привода подъемных механизмов, а также в качестве тяговых на электротранспорте.
Ими очень просто управлять: для снижения скорости вращения надо лишь уменьшить величину подаваемого напряжения, а для реверсирования достаточно сменить полярность. Недостатком является сложность устройства и невысокая надежность щеточного узла, его склонность к искрению и шумность. Кроме того, постоянное напряжение сложно передавать на большие расстояния, из-за чего нет магистральных линий такого типа. Питание придется создавать самостоятельно, используя выпрямительные или инверторные схемы. Также про двигатели постоянного тока можно почитать здесь.
Коллекторные двигатели
По своей конструкции они аналогичны двигателям постоянного тока. Однако питаются переменным однофазным током. Статорная обмотка возбуждения у них включена последовательно с обмоткой якоря. Вращение вала происходит за счет синхронной смены полюсов магнитного поля в статорной и роторной обмотках.
К перечисленным выше достоинствам – большому вращающему моменту, нечувствительности к перегрузкам, стоит отнести и то, что это единственная электрическая машина переменного тока, которой можно без проблем управлять.
Для изменения скорости вращения вала достаточно уменьшить питающее напряжение, а для реверсирования поменять местами точки подключения коллекторного узла со статорной обмоткой. Поэтому коллекторные электродвигатели широко применяются в бытовых электроприборах.
Например, в стиральных машинах, дрелях и другом электрифицированном инструменте. К недостаткам, основным из которых является сложность и малая надежность щеточного узла, стоит отнести и невозможность подключения трехфазного напряжения. Просто потому, что в этом случае щеток должно быть шесть. Это ограничивает максимальную мощность двигателей: у однофазных машин при напряжении 220 вольт это значение не бывает более 2,5 киловатта.
Синхронные электродвигатели переменного тока
У них статорная обмотка питается переменным трехфазным током, а роторная – постоянным. Чтобы их магнитные полюса сцепились и вызвали движение вала, такой электродвигатель надо раскрутить вручную или другим мотором. Фактически они являются генератором переменного тока, работающим в режиме вращения. Достоинством машины являются высокий крутящий момент и стабильность частоты вращения.
Недостатками – сложность пуска и наличие коллектора со щеточным узлом, что снижает их надежность. А также невозможность регулирования частоты вращения. Применяются в установках, которые работают постоянно или с очень длительным рабочим циклом. Например, на перекачивающих станциях или транспортерных лентах.
Узнать больше об электродвигателях можно узнать в нашей статье «Электрический двигатель: виды и характеристики».
Асинхронные электрические машины
В них магнитное поле ротора является порождением вращающегося магнитного поля статора. Поскольку между этими деталями машины есть воздушный зазор, передача энергии между ними происходит с потерями. Поэтому фаза тока в роторе отстает от фазы тока в статоре на небольшой угол (не более 100), который определяет величину коэффициента мощности cosφ. Это отставание и является причиной того, что электрическую машину этого типа называют асинхронной.
Двигатели с короткозамкнутым ротором
Обмотка ротора у них – это набор металлических стержней, которые соединяют два кольца. Получившуюся фигуру называют «беличье колесо». В момент подачи напряжения на статорную обмотку в роторе возникает ток короткого замыкания, энергия которого тратится на раскручивании вала и тем самым гасится. У него несколько меньший КПД, чем у синхронных машин, он не превышает 80%.
После набора оборотов он имеет очень стабильный вращающий момент на валу и хорошо выдерживает перегрузки. Главными достоинствами таких двигателей является его простота и надежность, благодаря которым они очень широко распространены. Недостатками – сложность управления.
Для изменения скорости вращения необходимо менять частоту питающего напряжения или количество статорных обмоток, которое определяет количество полюсов электромагнита – чем их больше, тем она ниже. Также электродвигателям с короткозамкнутым ротором свойственен большой пусковой ток, перегружающий сеть, а также резкий рост вращающего момента при подключении питания, что может вызвать поломку редуктора привода.
Двигатели с фазным ротором
Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности (более 30 кВт) связан с чрезвычайной перегрузкой питающей сети. Для устранения этого явления используют машины с фазным ротором, обмотка которых состоит из трех катушек, соединенных звездой. Их концы соединены угольными щетками с тремя контактными кольцами, расположенными на оси двигателя.
В отличие от коллектора двигателя постоянного тока они не поделены на сектора. При запуске такой машины используется трехфазный реостат, сопротивление которого в момент пуска максимальное. Постепенно уменьшая активное сопротивление ротора, добиваются плавной раскрутки вала электродвигателя. При достижении номинальных оборотов его закорачивают.
Изменяя сопротивление ротора, можно добиться изменения частоты вращения. Достоинством машины такого типа является отсутствие перегрузки в момент запуска и плавное нарастание вращающего момента. Поэтому ее применяют в грузоподъемном оборудовании. Недостаток – сложность устройства и более низкий, чем у машин с короткозамкнутым ротором КПД, он не более 60%.
Как рассчитать мощность электродвигателя
При расчете мощности электродвигателя надо ориентироваться на потребности обеспечиваемого технологического процесса. В Сети так много методичек для определения этого параметра, что вы можете запутаться окончательно. Предлагаем вам довольно простую универсальную формулу, пригодную для любых случаев.
P – мощность электродвигателя. Т – потребный вращающий момент на валу, а Ω – угловая скорость.
Ft– потребное тяговое усилие, оно рассчитывается по формуле: Ft= t ∙ M ∙ 2.5, где t – коэффициент трения (для подшипников качения он равен 0.02), М – масса перемещаемого груза, а 2.5 – это коэффициент Ньютона. R – радиус рабочего органа, например, крыльчатки насоса.
Ω = π ∙ n / 30, где π = 3.14, а n – паспортная частота вращения приводимого в действие устройства.
Полученное значение лучше увеличить в 1,5 раза, чтобы предусмотреть возможные перегрузки во время работы привода.
При расчете рабочего тока электродвигателя необходимо учитывать, что при соединении обмоток статора асинхронного электродвигателя звездой он в 1,73 раза меньше, чем при соединении треугольником. На эту же величину уменьшается и мощность.
Окончательно убедиться в работоспособности созданного привода вы сможете только на практике. Но если вы будете следовать изложенным выше рекомендациям, то вероятность того, что все будет работать как надо без дополнительных переделок, значительно повысится.
Что следует учитывать при выборе асинхронного электродвигателя
При выборе асинхронных электродвигателей переменного тока часто не учитываются требования к конструкции, которые связаны с их применением в составе того или иного оборудования. Также обычно имеет место подход, основанный на универсальности электродвигателя, и тогда выбор зависит только от его напряжения, мощности и скорости вращения ротора. Тем не менее есть еще целый ряд дополнительных аспектов для рассмотрения, таких как диапазон напряжения питания, сохранение номинальной мощности при изменении скорости вращения и область применения. Все это в итоге сводится к решению следующих вопросов: какова цель применения электродвигателя, как сделать все быстрее и эффективнее?
Базовые принципы выбора электродвигателя
Отправными точками для выбора асинхронного двигателя являются напряжение питания обмоток статора, создающего магнитное поле, а также номинальная мощность и скорость вращения ротора, которые соответствуют требованиям конкретного применения. Еще один, не менее важный момент — это необходимый вариант установки двигателя в приводе. Должен ли двигатель иметь крепление на основании, или он будет помещен на фланец на конце привода, или же должен предоставлять обе возможности? Кроме того, необходимо учитывать характеристики окружающей среды, в которой будет эксплуатироваться двигатель. При этом для выбора двигателя необходимо знать, потребуется ли ему работать под дождем и имеется ли вообще риск попадания на него воды, а также оценить уровень загрязнения и наличия пыли. Для эксплуатации в жестких условиях хорошо подходят электродвигатели закрытого типа с вентиляторным охлаждением (англ. totally enclosed fan cooled, TEFC) или электродвигатели закрытого типа без охлаждения (англ. totally enclosed non-vented, TENV). Если среда, в которой будет использоваться двигатель, не загрязнена и он будет эксплуатироваться без риска попадания на него воды, то в этом случае может быть достаточно применения каплезащищенного электродвигателя открытого исполнения (англ. open drip proof, ODP).
Выбор инвертора
Благодаря усилиям лоббистов местных энергетических компаний в сочетании с преимуществами, получаемыми при возможности регулирования скорости вращения ротора двигателей, все более распространенными становятся частотно-регулируемые приводы (ЧРП, англ. variable frequency drive, VFD). При их использовании особое внимание следует уделять генерации электромагнитных помех, которая характерна для таких приводов исходя из самой их природы. Для того чтобы электродвигатель мог использоваться с ЧРП, необходимо учитывать несколько технических особенностей, которым должен удовлетворять подходящий по остальным характеристикам электродвигатель. Среди них можно выделить две главные:
Максимально допустимое напряжение изоляции обмоточных проводов статора электродвигателя.
Электрическая прочность изоляции провода, из которого выполнена обмотка статора асинхронного электродвигателя, находится в пределах 1000–1600 В, но, как правило, в документации указывается значение прочности изоляции, равное 1200 В. Однако чем больше воздушный зазор между приводом и двигателем, тем, естественно, бо́льшим скачкам переходного напряжения, воздействующим на двигатель, он может противостоять. Электродвигатель, в котором для обмотки статора используется провод с электрической прочностью изоляции провода, равной 1600 В, может иметь ссылку на стандарт Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA, США) NEMA MG-1 2003, раздел 4, параграф 31, в котором говорится, что двигатель должен выдерживать без повреждений начальное напряжение коронного разряда (англ. corona inception voltage, CIV) уровнем до 1600 В.
Коэффициент сохранения постоянного крутящего момента (CT) двигателя, часто упоминается как «xx: 1 CT».
Этот показатель дает представление о диапазоне регулирования скорости. По нему можно узнать, насколько может быть снижена скорость вращения ротора двигателя, при которой он будет работать с сохранением того же крутящего момента (англ. CT — constant torque, постоянный крутящий момент), что и при номинальной скорости. Ниже этого значения крутящего момента производительность асинхронного электродвигателя снижается.
Например, возьмем электродвигатель мощностью 10 л. с. с начальной скоростью 1800 об/мин. При номинальной скорости (около 1800 об/мин), как указано, он имеет крутящий момент 29 фунтов на фут. Если в спецификации на электродвигатель написано, что коэффициент сохранения номинальной мощности составляет 10:1 CT, это означает, что такой электродвигатель может обеспечить номинальный крутящий момент до скорости 180 об/мин. Если же указано, что электродвигатель имеет коэффициент сохранения номинальной мощности 1000:1 CT, то имеется в виду, что крутящий момент сможет сохранять номинальное значение до скорости 1,8 об/мин.
При этом необходимо учитывать еще один нюанс, который связан с охлаждением электродвигателя. Нужно обязательно уточнить у поставщика, будет ли электродвигатель перегреваться при длительной работе на малых оборотах. Дело в том, что если двигатель охлаждается за счет крыльчатки, закрепленной на его валу, то на малых скоростях вы столкнетесь с низкой скоростью охлаждающего двигатель потока воздуха. Если асинхронный электродвигатель работает на низкой скорости и в течение длительного времени используется с большим крутящим моментом, то он будет выделять много тепла — при таких условиях, возможно, придется остановить свой выбор на двигателе с иным методом охлаждения.
Например, для организации принудительного охлаждения можно применить воздуходувное устройство, имеющее собственный, отдельно управляемый двигатель. Производительность такого устройства не связана с системой управления электропривода. В этом случае воздушный поток, который обдувает мощный электродвигатель, будет постоянным и достаточным для его охлаждения при низкой или даже при нулевой скорости.
Связь мощности и крутящего момента
При выборе асинхронного электродвигателя еще одним важным аспектом является номинальная, или основная, скорость двигателя. Обычно используются двухполюсные (3600 об/мин) и четырехполюсные (1800 об/мин) электродвигатели. Однако имеются и коммерчески доступные 6-, 8- и 12-полюсные асинхронные электродвигатели со скоростью вращения ротора 1200, 900
и 600 об/мин соответственно. Номинальная скорость асинхронного электродвигателя напрямую связана с числом полюсов, которые такой двигатель конструктивно содержит (табл.), и определяется по следующей формуле:
Об/мин = (120 × частота) / N (число полюсов)
В качестве примечания необходимо отметить, что, хотя прямой связи здесь нет, но, как правило, с увеличением количества полюсов возрастают и размеры, а также стоимость электропривода.
Кроме того, пользователям электроприводов, в зависимости от области применения данных устройств, может понадобиться обеспечить необходимый крутящий момент путем изменения скорости. В целом по мере увеличения скорости двигателя крутящий момент уменьшается, что также относится к редукторам и цепным приводам. Это соотношение объясняется следующим уравнением:
мощность (л. с.) = (крутящий момент × × номинальная скорость) / 5252
Крутящий момент, в соответствии с заданной целью, может быть достигнут путем выбора электродвигателя с необходимой мощностью и номинальной скоростью и реализован через любую цепную, ременную передачу или редуктор. Такой подход снижает стоимость привода, его габаритные размеры и время, уходящее на замену его подвижных заменяемых частей в ходе выполнения ремонта или технического обслуживания.
Число полюсов, N
Скорость, об/мин
Крутящий момент,
л. с. / фут-фунт
Расчет и выбор электродвигателей
Электропривод установки должен полностью удовлетворять требования технологического процесса и соответствовать условиям окружающей среды в процессе эксплуатации. В тоже время для электропривода следует выбирать наиболее простой двигатель по устройству и управлению, надежный в эксплуатации, имеющий наименьшую массу, габариты и стоимость.
Выбор электрических двигателей производится с учетом следующих параметров и показателей:
— рода тока и номинального напряжения;
— номинальной мощности и скорости;
— способа пуска и торможения;
— особенности регулирования скорости;
— конструктивного исполнения двигателя.
Наиболее простыми в отношении устройства и управления, надежными в эксплуатации, имеющими наименьшую массу, габариты при заданной мощности являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Выбор двигателей по защите от действия окружающей среды должен производиться в соответствии с условиями, в которых он будет работать.
Надежность работы электропривода и его экономичность зависят от правильного выбора мощности двигателя в соответствии с нагрузкой на его валу обеспечивает надежную и экономичную работу электропривода, минимальную стоимость оборудования и наименьшие потери энергии при эксплуатации механизма. Недостаточная мощность двигателя приводит к его перегрузке, вызывает недопустимые превышения температуры отдельных частей, сокращающие срок службы изоляции обмоток, влечет собой быстрый выход двигателя из строя. Если мощность двигателя излишняя, повышаются первоначальные затраты, увеличиваются габариты, масса и стоимость, возрастают эксплуатационные расходы в связи со снижением коэффициента мощности и КПД.
Расчет мощности двигателей для разных видов механизмов и станков имеет существенные отличия.
Основными элементами режима резания при фрезеровании являются глубина резания и ширина резания фрезерования. Выполним расчет мощности электродвигателя главного привода М1 по следующей формуле:
кВт (2.1)
где Рz – мощность резания, кВт;
– КПД станка при номинальной нагрузке (0,75…0,8);
Fz – усилие резания или наибольшее тяговое усилие, Н;
vz – наибольшая скорость быстрого перемещения, м/мин.
По техническим характеристикам станка усилие резания Fz =0,2 Н, наибольшая скорость быстрого перемещения vz=3000 мм/мин.
кВт
Для привода главного движения станка выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А180М8/6/4–У3.
Мощность на валу двигателя, кВт 12,5
Число оборотов в минуту, об/мин
— на первой скорости 735
— на второй скорости 985
— на третей скорости 1420
КПД при номинальной нагрузке, % 83
cos при номинальной нагрузке 0,93
Электродвигатели серии 4А по сравнению с электродвигателями серии А2 и А02 имеют меньшую массу (в среднем 18%), габариты, уровень шума и вибраций, большие пусковые моменты и повышенную эксплуатационную надежность.
Выполним расчет мощности электродвигателя привода гидравлики М2, исходя из номинального вращающегося момента.
Двигатель развивает номинальный вращающий момент Мн при номинальной скорости вращения nн. Поэтому, если исходя из технологических условий и режимов работы механизма, известен номинальный вращающий момент, то найти мощность двигателя можно по следующей формуле:
кВт (2.2)
По техническим характеристикам станка номинальный вращающий момент Мн = 10,5 Н*м.
кВт
Для привода подач М2 станка выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А80В6–У3.
Мощность на валу двигателя, кВт 1,1
Число оборотов в минуту, об/мин 1000
КПД при номинальной нагрузке, % 74,0
cos при номинальной нагрузке 0,74
Выполним расчет мощности электронасоса смазки М3 по следующей формуле:
кВт (2.3)
где – коэффициент запаса (1,1…1,5);
– плотность жидкости, Н/м 3
– КПД насоса (0,6…0,9);
– КПД передачи;
– подача насоса, м 3 /с.
По техническим характеристикам станка подача насоса =0,41 м 3 /с, плотность жидкости =19000 Н/м 3 , напор Н=5 м.
кВт
В качестве электронасоса смазки выбираем насос типа ПА–22У2.
Мощность на валу двигателя, кВт 0,12
Число оборотов в минуту, об/мин 2800
КПД при номинальной нагрузке, % 80
Производительность, л/мин 22
Выполним расчет мощности электродвигателя привода шнека М4 по формуле [2.2]. По техническим характеристикам станка номинальный вращающий момент Мн = 3,5 Н*м.
кВт
Для привода подач станка выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А71А4–У3.
Мощность на валу двигателя, кВт 0,55
Число оборотов в минуту, об/мин 1390
КПД при номинальной нагрузке, % 70,5
cos при номинальной нагрузке 0,7
Выполним расчет мощности электродвигателя привода шнека М5 по формуле [2.2]. По техническим характеристикам станка номинальный вращающий момент Мн = 25,5 Н*м.
кВт
Для привода подач станка выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А100LB4–У3.
Мощность на валу двигателя, кВт 4,0
Число оборотов в минуту, об/мин 1430
КПД при номинальной нагрузке, % 84,0
cos при номинальной нагрузке 0,84
Выполним расчет мощности электронасоса охлаждения М5 по следующей формуле:
кВт (2.3)
где – коэффициент запаса (1,1…1,5);
– плотность жидкости, Н/м 3
– КПД насоса (0,6…0,9);
– КПД передачи;
– подача насоса, м 3 /с.
По техническим характеристикам станка подача насоса =0,35 м 3 /с, плотность жидкости =11000 Н/м 3 , напор Н=5 м.
кВт
В качестве электронасоса смазки выбираем насос типа ПА–22У2.
Мощность на валу двигателя, кВт 0,12
Число оборотов в минуту, об/мин 2800
КПД при номинальной нагрузке, % 80
Производительность, л/мин 22
Выполним расчет мощности электродвигателя привода периодической передвижки фрезы М7 по формуле [2.2]. По техническим характеристикам станка номинальный вращающий момент Мн = 2,4 Н*м.
кВт
Для привода подач станка выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4АА63В4–У3.
Мощность на валу двигателя, кВт 0,37
Число оборотов в минуту, об/мин 1365
КПД при номинальной нагрузке, % 68,0
cos при номинальной нагрузке 0,69