5.4. Выбор двигателей

Правильный выбор электродвигателя для привода конкретного механизма в определенных условиях эксплуатации имеет большое значение для надежной и экономичной работы агрегатов С.Н. При выборе электродвигателя руководствуются тем, что двигатель должен удовлетворять как условиям работы в установившемся режиме, так и условиям пуска и самозапуска, а именно:

1) номинальная мощность двигателя должна быть достаточной для обеспечения длительной работы механизма с полной нагрузкой;

2) вращающий момент двигателя должен обеспечивать пуск и разворот механизма до номинальной частоты вращения;

3) электродвигатели отечественных механизмов собственных нужд должны обеспечивать самозапуск при восстановлении напряжения после его кратковременного снижения или исчезновения;

4)электродвигатели при необходимости должны допускать регулирование производительности и частоты вращения механизма в требуемых пределах.

Важными при выборе электродвигателя являются также форма исполнения, способ охлаждения, надежность конструкции, простота оперативного управления, удобство обслуживания.

При выборе двигателя по номинальной мощности учитывается, что для обеспечения длительной работы механизма с полной производительностью двигатель должен работать в продолжительном режиме. Для этого мощность двигателя должна быть больше или равна требуемой мощности механизма:

.

Коэффициент загрузки двигателя Расчет мощности механизма производится по формулам, кВт:

для вентиляторов

, (5.8)

для насосов

, (5.9)

где Q – производительность, м³/с; Н – давление жидкости или газа, Па, для вентиляторов или высота напора для насосов, равная сумме высот всасывания и нагнетания, м; υ - плотность жидкости, г/м³; η_мех - КПД механизма; η_пер – КПД передачи между двигателем и механизмом.

Частота вращения выбираемого двигателя, как правило, должна быть равна частоте вращения приводимого механизма. Исключение составляют тихоходные механизмы, такие как шаровые и некоторые среднеходные мельницы. Например, между электродвигателем и среднеходной мельницей типа МРС – 240 установлен редуктор с передаточным коэффициентом 7,08 с помощью которого частота вращения двигателя, равная 365 об/мин, уменьшается до частоты вращения размольного стола мельницы, равной 51,6 об/мин.

При решении вопроса о предельно допустимой мощности двигателя по условиям пуска следует учитывать допустимые снижения напряжения на выводах двигателя и на питающих шинах. Главный критерий выбора двигателя по условиям пуска - определение возможности разворота двигателя с механизмом по избыточному вращающему моменту и допустимому нагреву двигателя. Для успешного разворота двигателя избыточный момент должен быть не менее 0,1 отн. ед. при изменении скольжения от 1 до номинального значения, т.е.

. (5.10)

Напряжение на выводах двигателя должно быть достаточным для обеспечения избыточного момента в течение всего процесса пуска при допустимом нагреве обмоток двигателя. По мере разворота агрегата при уменьшении скольжения уменьшается пусковой ток и растет напряжение на выводах двигателя. Поэтому в общем случае нужно определять избыточный момент во всем диапазоне скольжений. Практически достаточно проверить m_изб при s = 1, s_m и в зоне провала момента, если он есть.

Некоторые зарубежные электромашиностроительные фирмы для обеспечения успешного разворота двигателя с механизмом устанавливают кратность избыточного вращающего момента, отличную от 0,1. Так, в каталоге австрийской фирмы «Элин» указано, что избыточный вращающий момент должен быть не менее 0,25 при всех значениях скольжения в течение разворота двигателя до номинальной частоты вращения.

Для механизмов с тяжелыми условиями пуска с большим моментом трогания (например, молотковые дробилки, среднеходные мельницы) выбор двигателя производится по условию начального пускового момента. Если двигатель с требуемой величиной начального пускового момента подобрать нельзя, то выбирают двигатель большей номинальной мощности. Однако не всегда простое увеличение номинальной мощности дает увеличение начального пускового момента двигателя. Так, например, для привода среднеходной мельницы типа МПС 265С угольных энергоблоков мощностью 500 и 800 МВт потребовалась разработка специального двигателя мощностью 1000 кВт, 1000 об/мин, имеющего кратность начального пускового момента, равную 2, и кратность максимального вращающего момента 2,8.

При выборе двигателя для конкретного механизма существенным является время, за которое двигатель разворачивается до номинальной частоты вращения. В процессе пуска обмотки двигателя обтекаются повышенными пусковыми токами, и в них за короткое время выделяется большая тепловая энергия. Допустимый нагрев двигателя при пуске из холодного и горячего состояний определяет допустимое время пуска. Если не учитывать теплоотдачу, то допустимое время пуска из холодного состояния будет равна:

, (5.11)

а из горячего состояния после отключения двигателя, работавшего в установившемся режиме с номинальной нагрузкой:

, (5.12)

где - допустимое превышение температуры обмотки, ; I_п – кратность начального пускового тока, отн. ед.; j_ном – номинальная плотность тока в обмотке, А/мм², С –удельная теплоемкость, Дж/кг - плотность материала обмотки, г/см³; - удельное сопротивление материала обмотки, кОм/м; - разность между допустимой температурой обмотки статора и начальной температурой обмотки перед повторным пуском.

Допустимое превышение температуры и допустимая температура обмотки статора зависят от класса изоляции обмотки и устанавливаются в стандартах. Допустимое превышение температуры короткозамкнутых неизолированных обмоток ротора обычно в стандартах не указывается. Оно зависит от материала обмоток, количества пусков и определяется заводом-изготовителем по расчетно-экспериментальным данным для стержней и короткозамыкающих колец. По данным СИГРЭ для разных стран эти температуры различны и находятся в пределах 100-300С для стержней и 60-300С для короткозамыкающего кольца в конце первого пуска и соответственно 180-300 и 70-300С в конце второго пуска.

Для механизмов, имеющих большие моменты инерции, характерны затяжные пуски. В этих случаях теплота, выделяемая в обмотках, будет рассеиваться. Допустимое время пуска двигателя с таким механизмом, а также допустимое число пусков в год и за срок службы будут определяться термомеханическим состоянием ротора и допустимым моментом инерции агрегата. Значения допустимого времени пуска и допустимого момента инерции механизма приведены в каталогах и технических условиях на двигатели.

Для проверки правильности выбора двигателя для конкретного механизма проводится расчет времени пуска двигателя с этим механизмом. Полученное значение времени пуска сопоставляется с заводским расчетным значением допустимого времени пуска t_п.доп.. При t_п < t_п.доп. допускается два пуска подряд из холодного состояния и один из горячего при общем количестве пусков за срок службы, указанном в техническом паспорте двигателя. При выборе синхронного двигателя, кроме того, определяется условие успешного вхождения в синхронизм.