практическая работа
Основные типы электродвигателей
Существует множество типов и модификаций электродвигателей. Каждый из них обладает собственной мощностью и другими параметрами.
Основная классификация разделяет эти устройства на электродвигатели постоянного и переменного тока. Первый вариант применяется значительно реже, поскольку для его эксплуатации требуется обязательное наличие источника постоянного тока или устройства, преобразующего переменное напряжение в постоянный ток. Выполнение данного условия в современном производстве потребует значительных дополнительных затрат.
Но, несмотря на существенные недостатки, двигатели постоянного тока имеют высокий пусковой момент и стабильно работают даже при больших перегрузках. Благодаря своим качествам, эти агрегаты нашли широкое применение на электротранспорте, в металлургической и станкостроительной отрасли.
Тем не менее, большинство современного оборудования работает с двигателями переменного тока. В основе действия этих устройств лежит электромагнитная индукция, которую создает в магнитном поле проводящая среда. Магнитное поле создается с помощью обмоток, обтекаемых токами, или с применением постоянных магнитов. Электродвигатели, работающие на переменном токе, могут быть синхронными и асинхронными.
Использование синхронных электродвигателей практикуется в оборудовании, где требуется постоянная скорость вращения. Это генераторы постоянного тока, насосы, компрессоры и другие аналогичные установки. Различные модели отличаются собственными техническими характеристиками. Например, значение скорости вращения может находиться в пределах 125-1000 оборотов в минуту, а мощность достигает 10 тыс. киловатт.
Во многих конструкциях имеется короткозамкнутая обмотка, расположенная на роторе. С ее помощью, в случае необходимости, производится асинхронный пуск, после чего синхронный двигатель продолжает работу в обычном режиме, максимально сокращая потери электрической энергии. Эти двигатели отличаются небольшими размерами и высоким коэффициентом полезного действия.
Гораздо более широкое распространение в производственной сфере получили асинхронные двигатели переменного тока. Они отличаются очень высокой частотой вращения магнитного поля, значительно превышающей скорость вращения ротора. Существенным недостатком этих устройств считается снижение КПД до 30-50% от нормы при низких нагрузках. Кроме того, во время пуска параметры тока становятся в несколько раз больше по сравнению с рабочими показателями. Данные проблемы устраняются путем использования частотных преобразователей и устройств плавного пуска.
Асинхронные двигатели используются на тех объектах, где требуются частые включения и выключения оборудования, например, в лифтах, лебедках, и других устройствах.
Синхронные электродвигатели
Синхронные двигатели – оптимальное решение для оборудования с постоянной скоростью работы: генераторов постоянного тока, компрессоров, насосов и др.
Технические характеристики синхронных электродвигателей разных моделей отличаются. Скорость вращения колеблется в диапазоне от 125 до 1000 оборотов/мин, мощность может достигать 10 тысяч кВт.
В конструкции приводов предусмотрена короткозамкнутая обмотка на роторе. Ее наличие позволяет осуществлять асинхронный пуск двигателя. К преимуществам оборудования данного типа относятся высокий КПД и небольшие габариты. Эксплуатация синхронных электродвигателей позволяет сократить потери электричества в сети до минимума.
Расчет мощности электродвигателя для насоса
Выбор электродвигателя для насосной установки зависит от конкретных условий, прежде всего – от схемы водоснабжения. В большинстве случаев подача воды производится с помощью водонапорного бака или водонапорного котла. Для приведения в действие всей системы используются центробежные насосы с асинхронными двигателями.
Выбор оптимальной мощности насоса осуществляется в зависимости от потребности в подаче и напоре жидкости. Подача насоса QH измеряется в литрах, подаваемых в 1 час, и обозначается как л/ч. Данный параметр определяется по следующей формуле: Qн = Qmaxч = (kч х kсут х Qср.сут) / (24 η), где Qmaxч — возможный максимальный часовой расход воды, л/ч, kч – коэффициент неравномерности часового расхода, kсут — коэффициент неравномерности суточного расхода (1,1 – 1,3), η — КПД насосной установки, с учетом потерь воды), Qср.сут — значение среднесуточного расхода воды (л/сут).
Оптимальный напор воды должен обеспечивать ее подачу в установленное место при условии необходимого давления. Требуемые параметры напора насоса (Ннтр) зависят от высоты всасывания (Нвс) и высоты нагнетания (Ннг), которые в сумме определяют показатели статического напора (Нс), потери в трубопроводах (Hп) и разность давлений верхнего (Рву) и нижнего (Рну) уровней.
Исходя из того, что значение напора будет равно H = P/ρg, где Р — давление (Па), ρ — плотность жидкости (кг/м3), g = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения, g — удельный вес жидкости (кг/м3), получается следующая формула: Ннтр = Hc + Hп + (1/ρ) х (Рву – Рну).
После вычисления расхода воды и напора по каталогу уже можно выбрать насос с наиболее подходящими параметрами. Чтобы не ошибиться с мощностью электродвигателя, ее нужно определить по формуле: Pдв = (kз х ρ х Qн х Нн) / (ηн х ηп), где kз является коэффициентом запаса, зависящим от мощности электродвигателя насоса и составляет 1,05 – 1,7. Этот показатель учитывает возможные утечки воды из трубопровода из-за неплотных соединений, разрывов трубопровода и прочих факторов, поэтому электродвигатели для насосов должны иметь некоторый запас мощности. Чем больше мощность, тем меньше коэффициент запаса можно принять.
Например,при мощности электродвигателя насоса 2 кВт – kз = 1,5, 3,0 кВт – kз = 1,33, 5 кВт – kз =1,2, при мощности больше 10 кВт- kз = 1,05 – 1,1. Другие параметры означают: ηп – КПД передачи (прямая передача – 1,0, клиноременная – 0,98, зубчатая – 0,97, плоскоременная – 0,95), ηн — КПД насосов поршневых 0,7 – 0,9, центробежных 0,4 – 0,8, вихревых 0,25 – 0,5.
Расчет мощности двигателя формула для компрессора
Выбирая электродвигатель, наиболее подходящий для работы того или иного компрессора, необходимо учитывать продолжительный режим работы данного механизма и постоянную нагрузку. Расчет требующейся мощности двигателя Рдв осуществляется в соответствии с мощностью на валу основного механизма. В этом случае следует учитывать потери, возникающие в промежуточном звене механической передачи.
Дополнительными факторами являются мощности, назначение и характер производства, на котором будет эксплуатироваться компрессорное оборудование. Они оказывают определенное влияние, в связи с чем оборудование может потребовать незначительных, но постоянных регулировок для поддержки производительности на должном уровне.
Определить мощность двигателя можно по формуле: 
, в которой:
- Q – значение производительности или подачи компрессора (м3/с);
- А – работа по совершению сжатия (Дж/м3);
- ηк – индикаторный КПД (0,6-0,8) для учета потерь мощности при реальном сжатии воздуха;
- ηп – механический КПД (0,9-0,95) учитывающий передачу между двигателем и компрессором;
- кз– коэффициент запаса (1,05-1,15) для учета факторов, не поддающихся расчетам.
Работа А рассчитывается по отдельной формуле: А = (Аи + Аа)/2, где Аи и Аа представляют собой соответственно изотермическое и адиабатическое сжатие.
Значение работы, которую необходимо совершить до появления требуемого давления, можно определить с помощью таблицы:
Типичная работа компрессора характеризуется продолжительным режимом работы. Реверсивные электроприводы, как правило, отсутствуют, включения и выключения крайне редкие. Поэтому наиболее оптимальным вариантом, обеспечивающим нормальную работу компрессоров, будет синхронный электрический двигатель.
Расчет конструктивных параметров нагревательного устройства
В расчет конструктивных параметров блока ТЭНов входит определение расстояний (в просвете): х — между нагревателями в ряду;
х2 — между рядами нагревателей, а также определение внешних размеров блока.
Для расчета х определяем «живое» сечение блока нагревателей, т.е. не занятую ТЭНами площадь воздушного канала:
(25)
где расчетная воздухопроизводительность вентилятора, м3/с;
Vв— принятая в тепловом расчете скорость воздуха, м/с.
Вычисляем:
Расстояние между нагревателями в ряду х1 определяем по выражению:
(26)
где k — число ТЭНов в ряду;
— активная длина ТЭНа, м.
При k=5
Расстояние между рядами нагревателей х2 определяем из условий: при
(27)
При выбранном D=12мм 10 ? =18, поэтому по условию (27)
х2=1,210=12 мм.
Высоту H и ширину В блока нагревателей определяем из выражений:
(28)
(29)
где l — развернутая длина ТЭНа, мм.
Глубину С блока нагревателей определяем из выражения:
С = (m + 1)х2+mD, (30)
где m — число рядов ТЭНов.
При m = 3 С = (3 + 1)10 + 3·12 = 76мм.
1-керамический изолятор; 2-металлическая трубка; 3-окись магния; 4-спираль; 5-выводы
Рисунок 4 — Разрез гладкого ТЭНа
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
- Мне нравится
Режимы работы электродвигателей
Нагрузка на электродвигатель определяется режимом его работы. Она может оставаться неизменной или изменяться в зависимости от условий эксплуатации. При выборе двигателя обязательно учитывается характер и значение предполагаемой нагрузки. С учетом этого фактора выполняется расчет мощности электродвигателя.
Режимы, в которых работают электродвигатели:
- S1 – продолжительный режим. Нагрузка не меняется в течение всего периода эксплуатации. Температура двигателя достигает установленного значения.
- S2 – кратковременный режим. В этом случае в период работы температура не успевает достигнуть нужного значения. При отключении происходит охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.
- S3 – периодически-кратковременный режим. В процессе работы двигателя производятся периодические отключения. В эти периоды температура двигателя не может достигнуть нужного значения или стать такой же, как в окружающей среде. При расчетах двигателя, в том числе и мощности, учитываются все паузы и потери, их продолжительность. Одним из важных критериев выбора агрегата, считается допустимое число включений за определенный отрезок времени.
- S4 – периодически-кратковременный режим с частыми пусками.
- S5 – периодически-кратковременный режим с электрическим торможением. Оба режима S4 и S5 работают также, как и S3.
- S6 – периодически-непрерывный режим с кратковременной нагрузкой. Эксплуатация двигателя осуществляется под нагрузкой, которая чередуется с холостым ходом.
- S7 – периодически-непрерывный режим с электрическим торможением.
- S8 – периодически-непрерывный режим, в котором одновременно изменяется нагрузка и частота вращения.
- S9–режим, когда нагрузка и частота вращения изменяются не периодически.
Климатические исполнения электродвигателей
При выборе электродвигателя учитываются не только его технические характеристики, но и условия окружающей среды, в которых он будет эксплуатироваться.
Современные электроприводы выпускаются в разных климатических исполнениях. Категории маркируются соответствующими буквами и цифрами:
- У – модели для эксплуатации в умеренном климате;
- ХЛ – электродвигатели, адаптированные к холодному климату;
- ТС – исполнения для сухого тропического климата;
- ТВ – исполнения для влажного тропического климата;
- Т – универсальные исполнения для тропического климата;
- О – электродвигатели для эксплуатации на суше;
- М – двигатели для работы в морском климате (холодном и умеренном);
- В – модели, которые могут использоваться в любых зонах на суше и на море.
Цифры в номенклатуре модели указывают на тип ее размещения:
- 1 – возможность эксплуатации на открытых площадках;
- 2 – установка в помещениях со свободным доступом воздуха;
- 3 – эксплуатация в закрытых цехах и помещениях;
- 4 – использование в производственных и других помещениях с возможностью регулирования климатических условий (наличие вентиляции, отопления);
- 5 – исполнения, разработанные для эксплуатации в зонах повышенной влажности, с высоким образованием конденсата.
Энергоэффективность
Рациональное потребление энергии при сохраняющейся высокой мощности сокращает текущие производственные затраты при одновременном увеличении производительности электродвигателя. Поэтому при выборе привода обязательно учитывается класс энергоэффективности.
В технической документации и каталогах обязательно указывается класс энергоэффективности двигателя. Он зависит от показателя КПД.
Проводимые в тестовом и рабочем режимах экспериментальные исследования показывают, что электродвигатель мощностью 55 кВт высокого класса энергоэффективности сокращает потребление электроэнергии на 8-10 тысяч кВт ежегодно.
Другие полезные материалы:
Редуктор от «А» до «Я»
Как выбрать мотор-редуктор
Выбор преобразователя частоты
Подключение и настройка частотного преобразователя
