Подбор электрических двигателей

Motores | Automação | Energia | Tintas
Подбор электрических
двигателей
Подбор и применения
электрических двигателей
www.weg.net
1
Номинальная мощность двигателя
2
Момент вращения нагрузки
3
Средний момент вращения нагрузки
4
Зависимость момента вращения от оборотов
5
Средний момент вращения двигателя
6
Время блокировки ротора
7
Время разгона двигателя
8
Резюме
9
Применения
2
Характеристики разгона двигателя
Номинальная мощность двигателя ( Pn )
Для правильного подбора электродвигателя необходимо знать
следующие характеристики:


Момент вращения нагрузки;
Номинальные скорость вращения агрегата.
Прямое сопряжение:
Pn  2..n.Cn
где:
www.weg.net
Pn n Cn -
Номинальная мощность [Вт]
Скорость вращения [об/сек]
Номинальный момент вращения [Нм]
3
Характеристики разгона двигателя
Сопряжение через редуктор:
Рассчитываются момент вращения и момент
инерции на валу электродвигателя:
Cn  R. Ccn
P
P  c
n 
ac
J ce  J c .R 2
 nc 
R 
n
где:
www.weg.net
ac
nc
n
Ccn
Cn
-
Cn
Ccn
R
n
Jce
Нагрузnc ка
Jc
эффективность сопряжения;
скорость вращение нагрузки;
скорость вращение мотора;
номинальный момент вращения нагрузки;
момент вращения мотора (на валу).
4
Характеристики разгона двигателя
Значения эффективности некоторых типов сопряжения:
Тип сопряжения
Прямое
Электромагнитное
Ременное (плоский)
Ременное (V-образный)
Шестереночное
Ременное (зубчатый)
Карданное
Гидравлическое
www.weg.net
Эффективность в ( % )
100
87 - 98
95 - 98
97 - 99
96 - 99
97 - 98
25 - 100
100
5
Характеристики разгона двигателя
Момент вращения нагрузки ( Cc)
Cc  C0  kc . nc
x
Зависит от типа нагрузки, где:
Co - Момент нагрузки при нулевых оборотах;
kc - Постоянная, зависящая от типа нагрузки;
x - Параметр, зависящий от типа нагрузки (-1, 0, 1, 2).
Нагрузку можно разделить на три типа:
1
Постоянный момент
4
Гиперболический момент
2
Линейный момент
5
Неопределенный момент
3
Параболический момент
www.weg.net
6
Характеристики разгона двигателя
Постоянный момент ( X = 0 )
Cc  C0  k c 
Pc  Cc  nc
Pc  C0  k c   nc
Cc - Постоянный момент нагрузки;
Pc - Мощность нагрузки
пропорциональна n;
kc - Постоянная, зависящая от типа
нагрузки.
Примеры: Поршневой компрессор, дробилка,
подъемный кран, поршневой насос,
конвейер и т.д.
www.weg.net
7
Характеристики разгона двигателя
Линейный момент ( X = 1 )
Cc  C0  (kc  nc )
1
Pc  Cc  nc
Pc  (C0  nc )  (kc  nc )
2
Cc - Момент нагрузки
пропорциональный n;
Pc - Момент нагрузки
пропорциональный n²;
kc - Постоянная, зависящая от типа
нагрузки.
Пример: редко встречается на практике; утоньшители (бумаги)
www.weg.net
8
Характеристики разгона двигателя
Параболический момент ( X = 2 )
Cc  C0  (kc  nc )
2
Pc  Cc  nc
Pc  (C0  nc )  (kc  nc )
3
Cc - Момент нагрузки
пропорциональный n²;
Pc - Момент нагрузки
пропорциональный n³;
kc - Постоянная, зависящая от типа
нагрузки.
Exemplos: Центробежный насос; вентилятор,
центробежный смеситель.
www.weg.net
9
Характеристики разгона двигателя
Гиперболический момент ( X = -1 )
kc
Cc 
nc
Pc  Cc  nc
Pc  k c
Cc Pc kc -
Момент нагрузки пропорциональный n;
Постоянная мощность нагрузки;
Постоянная, зависящая от типа нагрузки.
Exemplos: Намотка бумаги, ткани, нити и т.д.
www.weg.net
10
Характеристики разгона двигателя
Неопределенный момент
 Невозможно описать момент с помощью уравнений;
 Определение момента графически;
 На практике принимается как постоянный момент с максимальным
значением в заданном диапазоне.
www.weg.net
11
Характеристики разгона двигателя
Средний момент вращения нагрузки
Графически: B1 = B2
n2
Ccméd
1

.  Cc .dn
n2  n1 n1
Ccméd
( Co  k c .n x )
 
.dn
(n2  n1 )
n1
Аналитически:
n2
www.weg.net
12
Характеристики разгона двигателя
Беря интеграл, получаем:
Ccméd

n2x 

 C0   k c 
x  1

Для каждого типа нагрузки получаем:
Постоянный момент ( x = 0 )
Ccméd  C0  k c
Линейный момент ( x = 1 )
1

Ccméd  C0    k c  n2 
2

www.weg.net
13
Характеристики разгона двигателя
Параболический момент ( x = 2 )
1

Ccméd  C0    k c  n22 
3

Гиперболический момент ( x = -1 )
Ccméd 
n 
kc
 ln 2 
n2  n1
 n1 
Средний момент нагрузки должен быть посчитан на валу двигателя
Crméd 
www.weg.net
nc
.Ccméd
nm
Crméd  R.Ccméd
14
Характеристики разгона двигателя
Момент вращения
Кривая зависимости момента вращения от оборотов
Cmáx
s
Cp
Cmín
Cn
Обороты
nn ns
Значения Cmаx, Cmin и Cp определены нормами
www.weg.net
15
Характеристики разгона двигателя
Средний момент вращения
двигателя
 Категории N e H:
Cmméd
 C p Cmax 
.Cn .9,81
 0,45.

Cn 
 Cn
[ Нм ]
 Категория D:
Cmméd  0,6.
www.weg.net
Cp
Cn
.Cn .9,81
[ Нм ]
16
Характеристики разгона двигателя
Время блокировки ротора
 Зависит от проекта двигателя;
 Указано в каталогах и в спецификациях;
 При пуске с пониженным напряжением, требуется пересчет:
U 
t rb  tb .  n 
 Ur 
Где: trb напряжении;
tb Un Ur -
www.weg.net
Время
2
[c]
блокировки
ротора
при
пониженном
Номинальное время блокировки ротора;
Номинальное напряжение;
Пониженное напряжение.
17
Характеристики разгона двигателя
Время блокировки ротора в зависимости от класса изоляции
Время необходимое для того, что бы обмотка, по которой проходит
пусковой ток, достигла своей максимальной температуры.
Tmax  Tamb  Tmotor
t rb 
k
Onde:
www.weg.net
k
Tmаx
Tmotor
Ip/In
J1
Tamb
-
5,525 . 10-4 . [ (Ip/In) . J1 ]2;
Максимальная температура класса изоляции;
Подъем температуры;
Отношение пускового тока к номинальному;
Номинальная плотность тока мотора;
Температура окружающей среды.
18
Характеристики разгона двигателя
Примеры:
1) Класс “F” относительно класса “B”: trb
(F )
trb(F) = 1,3846 .trb(B)
2) Класс “H” относительно класса “B”:
trb(H) = 1,7692 .trb(B)
3) Класс “H” относительно класса “F”:
trb(H) = 1,2778 .trb(F)
www.weg.net
trb (B )
trb (H)
trb (B)
trb (H)
trb (F )
210  40  80
90
k


 1,3846
185  40  80 65
k
235  40  80
115
k


 1,7692
185  40  80
65
k
235  40  80
115
k


 1,2778
210  40  80
90
k
19
Характеристики разгона двигателя
Время разгона двигателя:
Может быть посчитано с использованием следующего уравнения:
 Jm  Jce 

t a  2  . n . 
 Cmméd  Crméd 
где:
n
Jm
Jce
Cmméd
Crméd
Условие:
www.weg.net
-
[s]
Скорость вращения [ rps ];
Момент инерции мотора [ Kgm² ];
Момент инерции нагрузки (на валу двигателя)[ Kgm² ];
Средний момент вращения двигателя в [ Nm ];
Средний момент вращения нагрузки в [ Nm ].
Если ta < 0,8. trb Мотор прокрутит нагрузку
Если ta > 0,8. trb Проблемы с защитой
20
Характеристики разгона двигателя
Резюме
Посчитать:





Номинальную мощность двигателя ( Pn );
Средний момент вращения нагрузки ( Crméd );
Средний момент вращения выбранного мотора ( Cmméd);
Полный момент инерции ( Jm + Jce );
Время разгона двигателя ( ta ).
Сравнить:
 Время блокировки ротора ( trb ).
www.weg.net
21
Характеристики разгона двигателя
Кривая:
Постоянный
Линейный
• Поршневой
компрессор;
• Конвейер;
• Поршневой насос;
• Дробилка;
• Подъемный кран.
• Утоньшитель;
• Вакуумный насос.
Параболический
Гиперболический
Момент
X
Обороты
Примеры
применения
Категория
двигателя
Средний
момент
вращения
нагрузки
(Ccmеd )
www.weg.net
• Центробежный
насос;
• Вентилятор;
• Центробежный
смеситель;
• Центробежный
компрессор.
N
H
N
H
N
H
Ccn
C0  Ccn
2
2C0  Ccn
3
• Намотка нитей, ткани,
бумаги.
Постоянного тока
Ccn  nc  nc 
.ln 
nc  n1
 n1 
22
Характеристики разгона двигателя
Момент инерции
нагрузки (на валу
двигателя)
Jce
Отношение скоростей
вращения
Средний момент
вращения нагрузки (на
валу двигателя)
N/H
Средний момент
вращения двигателя
D
Время разгона
двигателя
Еденицы
www.weg.net
n 
 Jc   c 
n
2
n 
R c
 n
Crméd  R.Ccméd
 CP Cmáx 
  Cn (9,81)
Cmméd  0,45  

Cn 
 Cn
 CP 
  Cn (9,81)
Cmméd  0,60  
 Cn 
 Jm  Jce 

t a  2..n  
 Cmméd Crméd 
J = Момент инерции (kg.m²)
C = Момент вращения (N.m)
n = Вращение (rps)
t = Время (s)
23
Подбор электродвигателей
Для грамотного подбора электродвигателя нужно знать:
Характеристики электрической сети
1. Напряжение;
2. Частота;
3. Способ пуска двигателя.
Характеристики нагрузки
1. Тип нагрузки;
2. Момент инерции нагрузки;
3. Кривая момента вращения от оборотов;
4. Тип сопряжения ( прямое, ременное);
5. Режим работы;
6. Аксиальные и радиальные нагрузки;
7. Мощность и скорость вращения.
www.weg.net
Характеристики окружающей
среды
1. Температура ( < 40 ºC );
2. Высота над уровнем моря
( < 1000 m );
3. Атмосфера.
Конструктивные особенности
1. Конструктивное исполнение;
2. Система охлаждения;
3. Класс изоляции;
4. Направление вращения;
5. Температурная защита
(датчики).
24
Насосы
1
Характеристики
2
Определение скорости вращения двигателя
3
Определение номинальной мощности нагрузки
4
Определение номинальной мощности двигателя
5
Определение среднего момента вращения мотора
6
Определение среднего момента вращения нагрузки
7
Расчет времени разгона двигателя
www.weg.net
25
Насосы
Характеристики насосов





Производительность (Q) [m³/s];
Полное давление (P) [N/m²];
Скорость вращения (nc) [rps];
Манометрическая высота (h) [m];
Плотность жидкости () [kg/m³];
www.weg.net
 Момент инерции (Jc) [kgm²];
 Кривая момент вращения от
оборотов;
 Сопряжение;
 Аксиальные и радиальные
нагрузки;
26
Подбор
Определение скорости вращения двигателя
 Скорость вращения нагрузки определяется клиентом;
 Отношение скоростей вращения:
R
nc вращение нагрузки

n
вращение мотора
Зная скорость вращения агрегата и отношение скоростей, можно
определить скорость вращения двигателя:
n
n c
R
www.weg.net
n
nc
R
Carga
27
Подбор
Определение номинальной мощности нагрузки
Зная момент ращение и скорость вращения агрегата, можно посчитать
потребляемую им мощность:
Pc  10 3.2 .n c .C cn
Где:
nc
Ccn
Pc
www.weg.net
-
Номинальная скорость вращения нагрузки [rps];
Номинальный момент вращения нагрузки [Nm];
Номинальная мощность [kW].
28
Насосы
Определение номинальной мощности нагрузки
Зная производительность и полное давление насоса можно так же
посчитать потребляемую этим агрегатом мощность:
10 3.p.Q
Pc 
c
где:
p
Q
c
Pc
www.weg.net
-
Полное давление [N/m²];
Производительность [m³/s];
Эффективность нагрузки;
Номинальная мощность [kW].
29
Насосы
Определение номинальной мощности нагрузки
Зная производительность и манометрическую высоту насоса, можно так же
посчитать потребляемую этим агрегатом мощность:
10 3.Q..g.h
Pb 
b
где:
Q

h
g
b
Pb
www.weg.net
-
Производительность [m³/s];
Плотность жидкости [kg/m³];
Манометрическая высота [m];
Ускорение свободного падения [m/s²];
Эффективность насоса;
Номинальная мощность [kW].
30
Подбор
Определение номинальной мощности мотора
Pn 
Pc
ac
Где:
Pc
ac
Pn
-
Номинальная мощность нагрузки [kW].
Эффективность сопряжения;
Номинальная мощность мотора [kW].
Pn
Pc
R
ac
www.weg.net
Нагрузка
31
Подбор
Определение среднего момента вращения двигателя ( Cmméd):
После определение мощности и полярности двигателя, можем посчитать:
Категория N / H
Категория D
Cmméd
 CP Cmáx 
  Cn (9,81)
 0,45  

Cn 
 Cn
C 
Cmméd  0,60   P   Cn (9,81)
 Cn 
Где:
- Отношение пускового и номинального моментов
вращения (дано в каталоге);
Cmáx / Cn
- Отношение максимального и номинального
моментов вращения (дано в каталоге);
Cn
- Номинальный момент вращения [Kgfm] (дано в каталоге);
Cp / Cn
www.weg.net
32
Насосы
Определение среднего момента вращения нагрузки (на валу) (Crmеd):
Зависит от типа нагрузки.
В случае с основными типами насосов, имеем:
Crméd  Ccméd .R
Ccmed
2.C 0  Ccn

3
Параболическая кривая
момента вращения
www.weg.net
33
Подбор
Расчет времени разгона двигателя
 Jm  Jce 

t a  2  . n . 
C

C
rméd 
 mméd
[s]
Если ta < 0,8. trb Мотор прокрутит нагрузку
Если ta > 0,8. trb Проблемы с защитой
где:
n
Jm
Jce
Cmméd
Crméd
-
www.weg.net
Скорость вращения [rps];
Момент инерции мотора [Kgm²];
Момент инерции нагрузки (на валу двигателя) [Kgm² ];
Средний момент вращения двигателя в [Nm];
Средний момент вращения нагрузки в [Nm].
34