Вентиляторная нагрузка электродвигателя: Электронный научный архив ТПУ: Invalid Identifier

Содержание

3 Механика электропривода — Механика электропривода

2. Механика электропривода

2.1. Приведенное механическое звено

Механическая часть электромеханической системы включает в себя все связанные движущие массы: двигателя, передаточного устройства и исполнительного механизма машины. К ротору двигателя при скорости w приложен электромагнитный момент М, под действием которого механическая часть приводится в движение. Непосредственное представление о движущихся массах установки и механических связях между ними даёт кинематическая схема электропривода.

            Примерная кинематическая схема электропривода с вращательным движением исполнительного органа представлена на рис. 2.1. Иногда рабочий орган механизма совершает поступательное движение (кран, лифт, строгальный станок, шлифовальный, долбежный и др.).

Рис. 2.1. Кинематическая схема связи двигателя с исполнительным механизмом

Каждый из элементов реальной кинематической цепи обладает упругостью, т.

е. деформируется под нагрузкой, а в соединениях элементов имеются воздушные зазоры. Если учитывать все факторы, то расчетная схема будет очень сложной и расчет такой схемы выполняется на ЭВМ. Однако основные закономерности движения таких систем определяются наибольшими массами и зазорами и наименьшими жесткостями связей системы, что позволяет свести расчетную схему механической части привода к двухмассовой (иногда одномассовой) механической системе с эквивалентными упругими связями и с суммарным зазором, приведенным к угловой скорости вала двигателя.

Для составления расчетных схем механической части электропривода необходимо приведение всех параметров элементов кинематической цепи к одной расчетной скорости. Обычно наиболее удобным является приведение их к скорости двигателя. Условием соответствия приведенной расчетной схемы реальной механической системе является выполнение закона сохранения энергии, то есть должны выполняться условия

Рекомендуемые материалы

;

.

Откуда можно найти формулы приведения

Расчетную схему механической части привода в общем случае можно свести к одному обобщенному жесткому механическому звену, имеющему эквивалентную массу с моментом инерции J, на которую воздействует электромагнитный момент двигателя М, и суммарный приведенный к валу двигателя момент сопротивления (статической момент) , включающий все механические потери в системе, в том числе механические потери в двигателе.

Момент сопротивления механизма, возникающий на валу рабочей машины, состоит из двух слагаемых, соответствующих полезной работе и работе трения. Полезная работа, совершаемая производственным механизмом, связана с выполнением соответствующей технологической операции. Работа трения, совершаемая в производственном механизме, учитывается обычно КПД механических связей. Момент трения всегда направлен против движущего момента привода.

2.2. Приведение моментов и сил сопротивления, инерционных масс и моментов инерции

2. 2.1. Активные и реактивные моменты сопротивления.

В общем случае статический момент

,

где  – суммарные потери в приводе;  — суммарный статический момент.

Обычно первая составляющая имеет сравнительно малую величину. Поэтому рассмотрим вторую составляющую статического момента, оказывающего наибольшее влияние на привод.

Для электропривода имеет значение, как зависит статический момент нагрузки от скорости. Такую зависимость описывает механическая характеристика механизма, то есть зависимость статического момента нагрузки от скорости  или .

            По характеру взаимодействия с электроприводом все силы и моменты делятся на две большие группы: активные и реактивные.

Активными силами и моментами называются силы и моменты, создаваемые внешними по отношению к двигателю источниками механической энергии и не зависящие от работы двигателя. Например, силы тяжести, ветровые нагрузки. Активный статический момент не меняет своего знака при изменении направления вращения.

Рис. 2.2. Механическая характеристика активного момента

Рис. 2.3. Механическая характеристика реактивного момента       

На рис.2.2. приведенный момент силы тяжести груза G:

,

где g – ускорение свободного падения; m – масса груза.

Реактивными силами и моментами называются силы и моменты, возникающие как реакция на момент, создаваемый двигателем и направлены против направления вращения двигателя. Все реактивные силы и моменты зависят от скорости. По характеру этой зависимости () различают нагрузки типа сухого трения, типа вязкого трения и вентиляторного типа.

Силы и моменты сухого трения неизменны по модулю, но скачком изменяют направление в зависимости от знака скорости

.

Характеристика момента сухого трения показана на рис. 2.3, a.

            Реактивные нагрузки, возникающие при различных технологических процессах обработки, могут иметь одно направление, скачком изменяя своё значение до нуля при изменении знака скорости. Примером может служить зависимость (рис. 2.3, б) момента резания от скорости при обработке изделия резцом. Значение статического момента при этом пропорционально усилию резания :

,

где  – радиус изделия.

Силы и моменты вязкого трения линейно зависят от скорости (рис. 2.4, а):

,

где  – коэффициент пропорциональности.

Обычно момент вязкого трения составляет 8-10% от момента сухого трения.

Третий тип часть встречающихся нагрузок – вентиляторная нагрузка. Такая нагрузка зависит от скорости в более высокой степени (рис. 2.4, б)

, .

При  нагрузку называют чисто вентиляторной. Такой зависимостью обладают центробежные вентиляторы. Для ряда механизмов показатель степени . Такую характеристику имеют центробежные насосы, работающие на противодавление.

В реальности у механизма есть некоторый начальный момент трогания , составляющий 20-40% от номинального  (рис. 2.4, в).

Существуют механизмы циклического действия, у которых момент нагрузки зависит от угла поворота:

.

Рассмотренные типовые нагрузки обычно содержатся в качестве составляющих в нагрузках реальных электроприводов.

Рис. 2.4. Моменты нагрузки типа вязкого трения (а), вентиляторного (б)

и реального вентиляторного типов (в)

2.2.2. Приведение момента инерции для вращательного и поступательного движения рабочего органа

Условием соответствия приведенной расчетной схемы реальной механической системе является выполнение закона сохранения энергии. При приведении необходимо обеспечить сохранение запаса кинетической и потенциальной энергии системы, а так же элементарной работы всех действующих в системе сил и моментов на возможных перемещениях. Поэтому при приведении моментов инерции элемента системы, движущегося вращательно со скоростью  или массы, поступательно движущейся со скоростью  к расчетной скорости  должны выполняться условия

Отсюда можно получить формулы приведения моментов инерции:

,

где  – передаточное число от вала приведения до i-го вала;  – радиус приведения к валу со скоростью .

а

б

Рис. 2.5. Расчетная (а) и эквивалентная расчетная (б) схемы механической части

(вращательное движение рабочего органа)

а

б

Рис. 2.6. Расчетная (а) и эквивалентная расчетная (б) схемы механической части

(поступательное движение рабочего органа)

Приведенный суммарный момент инерции для механизма на рис 2.5, а вычисляется с учетом формул приведения для моментов инерции следующим образом:

В случае поступательного движения рабочего органа исполнительного механизма:

где  — радиус приведения.

2.2.3. Приведение моментов сопротивления

Приведение моментов сопротивления от одной оси вращения к другой может быть произведено на основании энергетического баланса системы. Потери мощности, возникающие в промежуточных передачах, учитываются введением в расчеты соответствующего КПД — .

Без учета КПД передачи приведение моментов сопротивления можно выполнить приравниванием мощностей на двигателе и рабочем органе ИМ:

 и ,

где  – момент сопротивления производственного механизма.

Откуда статический момент на валу двигателя

, .

Приведение сил сопротивления производится аналогично приведению моментов. Без учета потерь в передаче приведенный к валу двигателя статический момент

, .

2.2.4. Об учете КПД передаточного механизма

Рассмотрим упрощенную схему механической части электропривода. Передаточный механизм (ПМ) обладает двумя характеристиками передаточное число  и КПД  механизма. В КПД механизма входят все КПД элементов

.

Двигатель создает механическую мощность, направленную от сети к исполнительному механизму. Уравнение баланса мощностей

,                                                     (1.1)

где  – момент потерь, складывающийся из момента трения в двигателе и передачах.

Величина момента потерь редко превосходит 3-5 % от номинального момента и им часто пренебрегают, считая .

Разделив обе части уравнения (1.1) на , получим

,

где  — общее передаточное число передаточного механизма.

Таким образом, для двигательного режима справедлива следующая формула для определения приведенного статического момента:

.

Рис. 2.7, а иллюстрирует направления потока энергии и моментов.

В генераторном режиме источником момента является сам исполнительный механизм. Статическим моментом в данном случае является момент двигателя в тормозном режиме. Уравнение баланса энергий для генераторного режима

.

Выполнив процедуру деления на скорость двигателя, получаем

.

При поступательном движении статический момент в двигательном режиме

,

в генераторном режиме

.

а

б

Рис. 2.7. Направления энергии и моментов для двигательного (а) и генераторного (б) режимов работы привода

2.3. Механические характеристики производственных механизмов и электрических двигателей. Понятие жесткости механической характеристики

            Для правильного и экономичного использования электродвигателей необходимо выявить механических характеристик двигателя характеристике производственного механизма.

            Зависимость между приведенными к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизма  называют механической характеристикой производственного механизма.

Различные производственные механизмы обладают различными механическими характеристиками. Однако можно выделить отдельные категории механизмов на основании вида механической характеристики. Общий вид характеристики

,

где  – момент сопротивления производственного механизма при скорости ;  – момент сопротивления трения в движущихся частях механизма; – момент сопротивления при номинальной скорости ; x – показатель скорости.

1. Не зависящая от скорости механическая характеристика (прямая 1 на рис. 2.8, а). показатель степени  и момент не зависит от скорости. Такой характеристикой обладают подъемные краны, лебедки, механизмы подач металлорежущих станков, поршневые насосы при неизменной высоте подачи. Сюда же можно отнести механизмы, у которых основным моментом сопротивления является момент трения.

2. Линейно-возрастающая механическая характеристика (прямая 2 на рис. 2.8, а) В этом случае  и момент сопротивления линейно зависит от скорости . Главный привод некоторых станков.

3. Параболическая механическая характеристика (кривая 3 на рис. 2.8, а). Этой характеристике соответствует . Механизмы, обладающие такой зависимостью, называют механизмы с чисто-вентиляторной нагрузкой. Сюда относят центробежные насосы, гребные винты.

4. Нелинейно-спадающая механическая характеристика (кривая 4 на рис. 2.8, а). При этом  и момент сопротивления  изменяется обратно-пропорционально скорости, а мощность потребляемая механизмом остаётся постоянной. В эту группу относят некоторые токарные, расточные, фрезерные станки, моталки в металлургическом производстве.

Существуют механизмы и с промежуточными характеристиками.

            Механической характеристикой электродвигателя называют зависимость его угловой скорости от вращающего момента . Наиболее распространённые виды характеристик двигателей представлены на рис. 2.8, б.

а

б

Рис. 2.8. Механические характеристики

 производственных механизмов (а) и электродвигателей (б)

Механическая характеристика характеризуется жесткостью. Под жесткостью понимают отношение приращения момента к приращению скорости, которое было вызвано приращением момента. Жесткость механической характеристики показывает, как (насколько) изменяется скорость двигателя (механизма) при изменении момента на валу двигателя (статического момента). В общем случае жесткость  вычисляется по формуле

.

Для линейных механических характеристик производные могут быть заменены приращениями

.

Механические характеристики двигателей в зависимости от жесткости могут быть разделены на следующие категории:

1. Абсолютно жесткая механическая характеристика () – скорость при изменении момента остаётся неизменной. Такой характеристикой обладают синхронные двигатели (прямая 1 на рис. 2.8, б).

2. Жесткая механическая характеристика. Скорость двигателя уменьшается не значительно при изменении момента. Такой характеристикой обладают двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ с НВ). И асинхронные двигатели (АД) в пределах рабочей характеристики (прямая 2 и кривая 3 на рис. 2.8, б).

3. Мягкая механическая характеристика – при изменении момента значительно меняется скорость (кривая 3 на рис.2.8, б). Такой характеристикой обладают ДПТ с последовательным возбуждением, особенно в зоне малых моментов.

4. Абсолютно мягкая механическая характеристика () – такая характеристика, при которой момент двигателя при изменении скорости остаётся неизменным. Такими характеристиками обладают замкнутые САР тока при работе в режиме ограничения тока якоря.

Асинхронный двигатель обладает механической характеристикой с переменной жесткостью.

2.4. Уравнение движения электропривода

Когда момент производственного механизма и момент двигателя совпадают, а двигатель работает на устойчивом участке механической характеристики с постоянной скоростью, имеет место установившийся режим работы электропривода. Однако во время работы параметры механизма могут меняться (момент инерции, момент сопротивления, изменение управляющих либо возмущающих воздействий). В этих случаях возникает режим перехода от одного установившегося состояния в другое. Такой режим называют переходным.

Уравнение равновесия моментов для вращательного движения

,                                                                 (1.2)

где – суммарный момент инерции,  — ускорение привода.

Уравнение (1.2) часто называют основным уравнением движения привода. Уравнение показывает, что развиваемый двигателем вращающий момент  уравновешивается моментом сопротивления  на его валу и динамическим моментом .

Разницу между моментом двигателя и статическим моментом называют динамическим моментом

.

            Из анализа основного уравнения движения можно сделать следующие выводы:

1) при  имеет место ускорение привода – ;

2) при  имеет место замедление привода – ;

3) при равенстве моментов двигателя и сопротивления  привод работает в установившемся режиме работы .

Динамический момент появляется только во время переходных режимов, когда изменяется скорость привода. При ускорении этот момент направлен против движения, а при торможении поддерживает движение.

С энергетической точки зрения режимы работы электропривода разделяются на двигательные и тормозные, отличающиеся направлением потока энергии через механические передачи привода. Двигательный режим обычно соответствует прямому направлению, тормозной – обратному. Характерным признаком двигательного режима является совпадение знаков скорости и момента двигателя; в тормозном режиме их знаки не совпадают.

В установившемся режиме работы имеет место статическая устойчивость привода, то есть такое состояние установившегося режима работы привода, при котором случайно возникающие отклонения скорости от установившегося значения привод возвратится в точку установившегося режима. При неустойчивом движении любое отклонение от установившееся скорости приведет к изменению состояния привода – возникнет переходный режим.

Привод статически устойчив, если в точке установившегося режима выполняется условие

или

.

            Итак, если привод статически устойчив, то при положительном приращении угловой скорости момент двигателя окажется меньше статического момента и привод вследствие этого затормозится до прежнего значения скорости. При отрицательном приращении скорости момент двигателя будет больше момента сопротивления, и привод разгонится до прежнего значения скорости.

            При постоянном моменте нагрузки статическая устойчивость будет определяться только жесткостью механической характеристики двигателя, так как . Если она отрицательна, то работа в установившемся режиме устойчива (точка а на рис. 2.9) .

            Если использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и нагрузить его постоянным моментом, то в точке b будет иметь место установившийся режим работы, так как , а в точке c режим не устойчивый, так как жесткость механической характеристики двигателя положительна. При работе АД с КЗР на механизм с вентиляторной характеристикой устойчивый режим будет наблюдаться в точках d и e.

2.9. К определению статической устойчивости привода

2.5. Время ускорения и замедления привода

            Время переходных режимов привода: пуска, торможения, перехода от одной скорости к другой влияет на производительность механизма. Определение времени переходных процессов основано на интегрировании уравнения движения привода. Разделяя переменные, получим:

.

Время переходного режима при изменении скорости от  до

.

Если принять, что , результатом решения интеграла будет

.

Рассчитаем время пуска привода от состояния покоя () до номинальной скорости  с пусковым моментом  при наличии на валу двигателя момента сопротивления (см. рис. 2.10)

.

Если требуется точно рассчитать время переходного процесса для привода с асинхронным двигателем (), то следует использовать формулу в интегралах.

Теоретически, полное время переходного процесса равно бесконечности. Поэтому в практических расчетах обычно считают, что процесс разбега заканчивается при скорости, равной не , а , тогда время процесса получается конечное.

В тех случаях, когда динамический момент имеет отрицательное значение, привод замедляется (рис. 2.11). Для этого случая уравнение движения будет иметь вид:

.

Привод будет замедляться и в том случае, когда двигатель будет развивать момент, меньший статического, по абсолютному значению.

Рис. 2.10. Пусковой график привода

Рис. 2.11. Тормозной график привода

Время торможения привода

.

Для частного случая, при ,

.

Можно также посчитать оптимальное значение передаточного числа ПМ  при заданных значениях моментов инерции двигателя и механизма  и , а также момента сопротивления .

Уравнение движения привода относительно рабочего вала механизма

,

где – коэффициент, учитывающий момент инерции передач.

Очевидно, что минимальное время будет при максимальном ускорении привода

.

Для нахождения оптимального передаточного числа найдем точку максимума функции .

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта — Особенности проповеди спасителя.

, .

Решая уравнение

,

получаем передаточное число ПМ

 .

Второе решение уравнения (со знаком минус перед вторым слагаемым) дает при всех соотношениях i отрицательные значения.

ВЫБОР АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ РАБОТЫ С насосами

Асинхронные двигатели общепромышленного исполнения наиболее широко используются в приводах переменного тока для производственных механизмов, не требующих регулирования скорости и работающих при длительной нагрузке — мощности, развиваемой электрической машиной в данный момент времени. Она обычно выражается в единицах мощности (кВт, квар, кВ∙А) либо в процентах или долях номинальной мощ­ности.

Применяемый тип асинхронного двигателя во многом определяется условиями пуска рабочего механизма. При легких условиях пуска, т. е. при сравнительно небольшом моменте инерции, и моменте статического сопротивления на валу машины используются обычные короткозамкнутые асинхронные двигатели типов А2, АО2 (А, АО) и др. Такими механизмами можно считать машины с вентиляторным моментом на валу: насосы, вентиляторы (при закрытых задвижках) и т. п. Начальный момент трогания таких механизмов составляет примерно 10—40% номинального. Ориентировочные величины статических нагрузочных моментов на валу двигателей для ряда производственных механизмов приведены в табл. 4.

При тяжелых условиях пуска с начальным пусковым моментом сопротивления, равным номинальному или более, необходимо использовать асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом типа АОП2 (АОП), т. е. двигатели с глубоким пазом, а в наиболее тяжелых условиях — двигатели с двойной клеткой. К таким механизмам относятся глиномялки, плунжерные насосы, дробильные барабаны и др.

Для приводов механизмов с большими маховыми массами, с пульсирующей нагрузкой, с большой частотой пусков и реверсов нашли применение асинхронные двигатели с повышенным скольжением типа АОС2.

Т аблица  4

Тип механизмов Статический моментпри ω=0 Статический момент при ω=0,95ω1 Максимальный статический моментМ
Поршневые компрессоры и насосы (пуск без нагрузки) 0,25—0,4 0,25—0,4 1. 5
Центробежные насосы 0,3—0,4 0.5—1 1.5
Турбокомпрессоры, вентиляторы (пуск с закрытой задвижкой) 0,2—0,3 0,2—0,3 1.5
Шаровые мельницы:
сухого помола 1—2 1 2.5
мокрого помола 0,2—0,5 1 2
Дробилки (пуск под нагрузкой) 2 1—1,5 3
Двигатели-генераторы 0,1—0,2 0,1-0,2 2
Конвейеры, транспортеры 1—1,5 1 2
Блюминги, слябинги, рельсоба- лочные станы (пуск без нагрузки) 0,35—0,5 0,2—0,3 2,5—3,5
Мелкосортные и  трубопрокатные станы 0,6—1 0. 4 2,5
Листовые и жестекатальные ста­ны:холодной прокатки 2 1—1,5 2,5
горячей прокатки 1,25 1 3-5

Примечания: 1. ω — угловая скорость; ω1—угловая скорость вращения магнитного поля. 2. Величины моментов даны в относительных единицах (по отношению к номинальному моменту).


Важное значение для многих производственных механизмов имеет плавность пуска приводного электродвигателя. Для ограничения пускового момента и пускового тока используется искусственное снижение напряжения питания статора двигателя на время пуска. Это достигается за счет включения в цепь статора реактивных и активных сопротивлений (резисторов) или автотрансформатора. Первый способ используется для двигателей малой и средней мощности —для привода кранов, транспортеров, станков и некоторых других механизмов при включении активного сопротивления (резистора) в одну фазу статора. В тех случаях, когда требуется ограничение пускового тока и двигатель должен пускаться вхолостую или с малой нагрузкой на валу, используется схема включения резисторов во все три фазы двигателя (для низковольтных электродвигателей). Более подробно способы пуска двигателей описаны в § 5.

Когда мощность питающей сети недостаточна, для пуска электродвигателей с короткозамкнутым ротором применяются асинхронные двигатели с фазным ротором типов АК2, АОК2 и пусковыми сопротивлениями (резисторами) в цепи ротора.

В ряде отраслей, например в текстильной промышленности, для приводов механизмов с круглосуточным режимом работы, когда важное значение имеют энергетические показатели двигателя (к. п. д. и др.), используются асинхронные двигатели типов АО2-Т, АОЛ2-Т.

Наиболее характерные случаи эксплуатации и области применения асинхронных электродвигателей в нерегулируемых приводах различных механизмов приведены в табл. 5.

Таблица  5

Характер нагрузки Применяемые асинхронные двигатели В каких механизмах используются двигатели
Длительная постоянная Короткозамкнутые    ти­пов А2, АО2, А и АО до 100 кВт Центробежные насосы станций, вентиляторы ды­мососов, мукомольные мельницы, агрегатные станки, транспортеры
Длительная переменная (без маховика) Короткозамкнутые типов  А2, АО2, А  и  АО или с фазным ротором ти пов АК2, АОК2 Шаровые и угольные мельницы, дробилки, ка ландры, чесальные машины, поршневые насосы и компрессоры
Ударная (с маховиком на валу) Короткозамкнутые, с повышенным скольжением типа АОС2 до 100 кВт Молоты, ножницы, кривошипные прессы, прокатные станы, ковочные машины
Повторно-кратковременная Короткозамкнутые, с повышенным скольжением типа АОС2 или с фазным ротором типов АК2, АОК2 Краны, подъемные механизмы, лифты, механизмы металлургических производств

 

В производственных машинах, требующих регулирования скорости с помощью электродвигателя, асинхронные двигатели используются в соответствии с рядом специфических требований. К таким техническим требованиям относятся — диапазон и плавность регулирования скорости, характер изменения нагрузочного момента и др. (более подробно см. § 6). Наиболее характерные примеры применения асинхронных двигателей в регулируемых приводах сведены в табл. 6.

Таблица 6

Применяемые асинхронные двигатели Способ регулирования частоты вращения Зона регулирования Плавность, диапазон регулирования В каких производствах и механизмах используются двигатели
Коротко-замкнутые Изменение частоты питающей сети Вверх — вниз Плавное регулирование Вискозная промышленность — центрифуги;
текстильная промышленность — прядильные машины; металлургия —
роликовые транспортеры прокатных цехов
Переключение числа пар полюсов статора Вверх Ступенчатое, не более 3:1 Металлорежущие станки, прессы со ступенчатым регу­лированием скорости
С фазным ротором Изменение сопротивления в цепи ротора Вниз Плавное при постоянном моменте на­грузки, не более 2:1 Краны, вспомогательные механизмы в металлургии, насосы и дымососы с регулировкой производительности

 

Выбор мощности двигателя

Одним из основных условий выбора электродвигателя является соответствие его мощности производственного механизма, приводимого во вращение. Для предварительного выбора двигателя нужно знать ориентировочные значения статических моментов сопротивления па валу механизма при подсинхронной угловой скорости вращения ротора (ω = 0,95ω1), а также нагрузочный статический момент (см. табл. 4).

Факторами, определяющими выбор двигателя, являются также режим его работы. Различают нагрузки: продолжительную, практически постоянную; длительную переменную; кратковременную; повторно-кратковременную.

Продолжительный режим работы с практически постоянной нагрузкой характеризуется тем, что температура всех частей электродвигателя при неизменной температуре окружающей среды достигает некоторых установившихся  значений.  Температура  охлаждающей  среды для электродвигателей нормального исполнения в соответствии с ГОСТ 183-66 не должна превышать 40°С. В случае превышения температуры охлаждающей среды нагрузку электродвигателя необходимо снизить. Для работы в условиях с температурой ниже 40 °С нагрузка двигателей может быть несколько повышена.

Допустимая нагрузка двигателя, соответствующая изменению температуры охлаждающей среды, определяется его конструкцией, главным образом системой и устройством вентиляции, и указывается заводом-изготовителем. Однако для асинхронных двигателей единых серий А, АО, А2 и АО2 можно руководствоваться   следующими   ориентировочными   данными:

Температура   охлаждающей   среды,   °С 30 35 40 45 50
Изменение нагрузки по отношению к номинальной, % +10 +5 0 -8 -20

При нормальной температуре окружающей среды и работе электродвигателя продолжительно с постоянной нагрузкой должно обеспечиваться условие равенства номинальной мощности двигателя Рн (паспортной) и мощности нагрузки Рс (фактической), т. е. Рн ≈ Рс. Длительная переменная нагрузка. В этом случае номинальный, требующийся по условиям перегрузки ток электродвигателя Iн. пер должен быть не менее отношения максимального тока Iмакс к кратности допустимой перегрузки по току mI:

(53)

Iн.пер ≥ Iмакс /mI .

Номинальный ток двигателя, требуемый с точки зрения его нагрева при работе Iн. экв, должен быть не менее эквивалентного фактического тока двигателя I экв, а именно: Iн.экв ≥ I экв .

Величина эквивалентного тока для некоторого графика переменной по току нагрузки (рис. 30,а) может быть найдена из выражения, А:

(54)

Iэкв = I12t1 + (I12 + I22 + I1I2 )(t2 /3) + I22t3
t1 + t2 + t3

Паспортная величина номинального тока (А) выбранного электродвигателя должна быть не менее каждой из полученных величин Iн. пер и Iн.экв.

Кроме того, должны обеспечиваться условия работы по моменту на валу электродвигателя:
1) для номинального момента,   требуемого по условию перегрузки,

(55)

Мн.пер ≥ Ммакс /тм ,

где Ммакс — максимальный необходимый момент на валу двигателя, Н∙м; mм — максимально допустимая перегрузка по моменту;

Рис. 30.  Графики работы асинхронного двигателя.

а — режим   с  переменной  нагрузкой  по  току;   б — повторно-кратковременный  режим   по   мощности;   в — эквивалентный  режим   работы.

2) для номинального момента, требуемого по условию нагрева, Паспортная величина номинального момента выбранного электродвигателя должна быть не менее каждой из полученных величин Мн.пер и Мн.экв. Для асинхронных электродвигателей справедливо соотношение

где λ = Ммакс /Мн — коэффициент перегрузочной способности по моменту (кратность критического момента) может быть предварительно найден из табл. 7.

Кратковременная нагрузка асинхронного короткозамкнутого двигателя. В этом случае выбор мощности двигателя производится с точки зрения возможности его запуска по минимальному моменту Ммин(Н∙м), развиваемому двигателем при пуске, из выражения

(57)

Mн = Mcqуск .
qмин qU

где qмин = Mмин /Мн — кратность минимального момента, развиваемого двигателем при разбеге, по отношению к номинальному моменту; qU = U2мин /U2н — коэффициент, учитывающий возможность понижения рабочего напряжения питания двигателя; Uмин—минимально возможное рабочее напряжение двигателя, В; qуск = 1,15 ÷ 1,25 — коэффициент, учитывающий обеспечение достаточного ускорения при разгоне.

Таблица   7

Тип асинхронного электродвигателя Значение λ
Короткозамкнутый
С фазным ротором
С повышенным скольжением
С двойной клеткой или глубоким пазом
1,8—2
2—2,5
2—3
1,8—2,7

Повторно-кратковременный режим характеризуется периодами работы с постоянной нагрузкой (рабочие периоды) и периодами отключения электродвигателя (паузы). При этом температура отдельных частей машины при неизменной температуре окружающей среды не успевает достигнуть практически установившихся значений. В таком случае выбор электродвигателей осуществляется:

1) из серии двигателей единой серии нормального исполнения. Выбор мощности двигателя ориентировочно производится аналогично случаю длительной перемен¬ной нагрузки. При более точных расчетах необходимо учитывать влияние ухудшения условий охлаждения двигателя [Л. 4];

2) из специальных электродвигателей, предназначенных для работы в повторно- кратковременном режиме (крановые и металлургические двигатели типа МТ, МТК и др.). При этом производится пересчет заданного графика повторно-кратковременного режима (см. рис. 30,б) в некоторый эквивалентный график (рис. 30,в). Рабочая (действительная) мощность нагрузки при повторно-кратковременном режиме Рпк( (Вт) находится из выражения

(58)

Pпк = P12t1 + P22t2
t1 + t2

при рабочем коэффициенте продолжительности включения

(59)

εпк = = t1+ t2 ,

где tp = t1 + t2 — время работы двигателя, с; tx = tx1 + tx2 (см. рис. 30,б, в)—пауза, с; tц = tx + tp—время цикла, с. Для наиболее распространенного случая, когдя 0,4 > εпк > 0,15, можно пользоваться упрощенной формулой для расчета каталожной мощности двигателя Ркат (Вт). При передаче от рабочей продолжительности включения εпк к каталожной εкат

(60)

Ркат = Рпк √εпк /εкат .

В остальных случаях используются значительно более сложные расчеты [Л. 4].

Расчет допустимой частоты включений
Асинхронные короткозамкнутые двигатели, рассчитанные на длительный режим работы, при работе в повторно-кратковременном режиме с большим числом включений в течение определенного времени имеют ограниченное допустимое число включений в час h, которое зависит от фактической нагрузки электродвигателя, от соотношения между временем работы tp(с) и паузы-остановки — tx(с), а также от величии потерь энергии в двигателе за время разбега ΔАр (Дж) и торможения ΔАт (Дж). Эти потери в переходные периоды, когда ча­стота вращения машины меньше номинальной, значительно превышают потери энергии в двигателе при работе с постоянной частотой вращения. Кроме того, при неподвижном роторе в период паузы ухудшается теплоотдача двигателя, что учитывается при расчете введением некоторого коэффициента у. Этот коэффициент зависит от способа вентиляции двигателей и может быть принят следующим: для закрытого двигателя с независимым охлаждением 0,9—1,0; для закрытого двигателя с охлаждением от собственного вентилятора 0,45—0,55; для защищенного двигателя с самовентиляцией 0,25—0,35.

Ограничение по частоте включений двигателя вводится для того, чтобы не допустить чрезмерный перегрев его. Значение h можно определить из следующего выражения, которое используется в основном для двигателей малой мощности до 10—15 кВт:

(61)

h = 3600 (Δpн — Δpс )ε + Δγ(1 — ε) .
0.97(ΔAр + ΔAт )

где Δрн, Δрс — потери мощности в электродвигателе при номинальной и фактической нагрузках, Вт; ε = tp /(tp + tx ) — коэффициент относительной продолжительности включения. Обозначения и размерности остальных величин в формуле (61) расшифрованы ранее.

При работе асинхронного двигателя с номинальной нагрузкой   допустимое   число включений   в час равно:

(62)

h = 3600 Δγ(1 — ε) .
0.97(ΔAр + ΔAт )

Допустимая частота включений во многом зависит от момента инерции ротора двигателя. С увеличением мощности двигателя возрастает его момент инерции и величина h уменьшается. Мощность двигателей механизмов с большими статическими моментами сопротивления выбирают больше номинальной мощности механизма для сокращения времени пуска. На практике не рекомендуется использование асинхронных электродвигателей общего назначения для частого пуска механизмов, имеющих приведенный момент инерции значительно больший, чем момент инерции самого двигателя. Так, для короткозамкнутых двигателей при максимально допустимом статическом моменте сопротивления механизма разрешается не более двух пусков подряд из холодного состояния.

Мощность двигателей для привода общепромышленных механизмов

Мощность Р, необходимая для приведения в действие и обеспечения нормальной работы производственного механизма, определяется по его параметрам (например, производительностиQ и др.) и эксплуатационным характеристикам (например, коэффициент полезного действия механизма — η) в соответствии с особенностями того технологического процесса, в котором используется данный механизм. Ниже приводятся формулы для расчета требуемой мощности двигателей ряда наиболее распространенных производственных механизмов.

Мощность двигателя насоса, кВт,

(63)

P = γQ(H + ΔH ) .
102ηηп

где H — высота напора (сумма высот всасывания и нагнетания), м; ΔН — падение напора в магистралях, м; ηп и η — к. п. д. передачи и насоса; γ — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; Q — расход жидкости, м3/с.

Мощность двигателя вентилятора, кВт,

где Нc — суммарный напор, Н/м2; ηп и η — к. п. д. передачи и вентилятора; Q — расход воздуха, м3/с

Мощность двигателя компрессора, кВт,

где A’а —адиабатическая работа сжатия 1 м3 атмосферного воздуха до промежуточного давления в компрессоре, Дж/м3; ηп и η — к. п. д. передачи и компрессора; Q — расход воздуха, м3/с.

Мощность двигателя подъемного крана, кВт,

где G и G0 — масса поднимаемого груза и захватывающего устройства, Н; v — скорость подъема груза, м/с; η — к. п. д. механизма подъема.

Выбор двигателя по конструктивному исполнению

При выборе электродвигателя необходимо учитывать условия его эксплуатации, т. е. температуру, влажность, запыленность помещения, в котором он будет работать, наличие едких газов и др. В соответствии с условиями окружающей среды выбирается конструктивное исполнение по способу защиты от внешних воздействий, а также по способу охлаждения (см. § 2). Кроме того, при выборе необходимо учитывать способ установки и крепления электродвигателя, возможность соединения с производственным механизмом и пр.

Вентиляторы мощность электродвигателя — Справочник химика 21

    Мощность электродвигателя для вентилятора определяют по формуле  [c.407]

    Производительность вентилятора Q = 43 000 -210 ООО м 7ч, диаметр рабочего колеса 0 = 2 м, частота вращения п=16,7 с полный напор Я = 2404-620 м, максимальный полный КПД 1 1 = 0,84 мощность электродвигателя Л = 320 кВт, масса вентилятора 3316 кг габаритные размеры с электродвигателем (мм) длина 5168, ширина 3970 и высота 3270. Аэродинамические характеристики вентилятора ВЦТ-20 показаны на рис. 5.16. [c.196]


    К числу легко определяемых по мощности электроприводов относится вентилятор. Мощность электродвигателя Рг (в хвт) для вентилятора рассчитывают по формуле  [c.9]

    Температура воздуха у выходного патрубка Производительность вентилятора. … Мощность электродвигателя. ….. [c.431]

    Здесь N — мощность, кВт — суммарный напор при рабочих условиях, т. е. при заданной температуре, Па V — максимальная производительность вентилятора при рабочих условиях, м /ч К — коэффициент запаса мощности на пусковой момент (определяется в зависимости от мощности электродвигателей по табл. 22) Л = т)в Пп — к. п. д. вентиляторной установки т в — к. п. д. вентилятора (определяется по каталогу вентиляторов в соответствии с режимом работы) т) — к. п. д. привода (табл. 23). [c.207]

    Прежде всего необходимо правильно определить требуемую установочную мощность электродвигателя, а затем подобрать его тип. В случае применения мощных электродвигателей (примерно свыше 150 кВт) следует проверить время их разгона является ли оно достаточно малым, чтобы не перегрелся электродвигатель при преодолении им во время пуска больших инерционных масс вентилятора. Поэтому выбор электродвигателей мощностью 150 кВт и выше должен выполняться специалистами-электриками. Но поскольку определение потребляемой вентилятором мощности электродвигателей для вентиляторов производится проектировщиком вентиляционной системы, последний должен уметь правильно ее вычислять. [c.96]

    Тип центробежного вентилятора. Мощность электродвигателя, кет Габаритные размеры, мм [c.411]

    С вальцов срезается лента шириной 600 мм, которая поступает на отборочный транспортер 1 шириной 800 мм. Пройдя отборочный транспортер, лента направляется в ванну 2 с водной каолиновой суспензией. Для перемешивания суспензии в ванне имеются две мешалки с приводом от электродвигателей мощностью 0,74 кВт и частотой вращения 1420 об/мин. Из ванны лента подается к дисковому ножу и разрезается вдоль на две полосы шириной по 300 мм. Затем она поступает на конвейер фестонной охладительной установки. Конвейер приводится в движение от электродвигателя мощностью 4 кВт и частотой вращения 1420 об/мин через вариатор. Частоту вращения последнего можно изменять в пределах от 8,6 до 14,5 об/мин. Вариатор позволяет регулировать линейную скорость конвейера от 8,1 до 38 м/мин. В охладительную камеру воздух подается осевыми вентиляторами (мощность электродвигателя 0,75 кВт, частота вращения 1420 об/мин). [c.112]

    Аэродинамический расчет аппарата воздушного охлаждения заключается в выборе числа оборотов вентилятора, угла установки его лопастей и мощности электродвигателя. [c.189]


    Тип выбираемого аппарата зависит от мощности установки гидроочистки. Для укрупненных установок рекомендуют аппараты типа АВЗ. По сравнению с аппаратами типа АВГ они дают возможность уменьшить число вентиляторов и электродвигателей, следовательно, снизить установочные мощности упростить обслуживание и эксплуатацию аппаратов сократить площадь, занимаемую под ABO.[c.103]

    Установочная мощность электродвигателя вентилятора определяется по формуле, аналогичной (5.29)  [c.182]

    Коэффициент увеличения поверхности Размер труб диаметр, мм длина, м Диаметр вентилятора, мм Частота вращения, с . Мощность электродвигателя, кВт [c.18]

    Жалюзи (заслонки, шторки) устанавливают в потоке воздуха на выходе из теплообменных секций в верхней части аппаратов. Жалюзи можно устанавливать и непосредственно на выходе вентилятора, но энергетически это менее выгодно по сравнению с размещением их в верхней части, где скорость воздуха меньще. Управляют жалюзями вручную или автоматически, причем возможно дифференцированное использование жалюзей одного аппарата. Несмотря на то, что жалюзи являются самым распространенным способом регулирования расхода воздуха, они не обеспечивают экономии энергетических затрат. В отдельных случаях в зависимости от эксплуатационной характеристики вентилятора, аэродинамического сопротивления теплообменных секций и к. п. д. вентилятора мощность, потребляемая электродвигателем из сети, может снижаться на 10—12%, но не исключено ее увеличение. [c.112]

    Пневмотранспортный агрегат и электродвигатель к нему подбирают обычными способами. Следует лишь иметь в виду, что при использовании в системах пневмотранспорта в качестве побудителей центробежных вентиляторов мощность, потребляемая на холостом ходу машины (при отсутствии подачи материала), [c.180]

    Таким образом, необходимо не только рассматривать режим работы вентилятора и пневмотранспорта на основном режиме, но и проверять мощность электродвигателя на холостом ходу. [c.181]

    Мощность электродвигателя, кВт Значения К для вентиляторов  [c.869]

    Для проверки работы градирни при приемке ее в эксплуатацию можно считать достаточные получение следующих данных расхода воды, температуры воды на входе и выходе из градирни, температуры атмосферного воздуха по сухому и смоченному термометрам, поля скоростей и давлений воздуха перед вентилятором, мощности, потребляемой электродвигателем вентилятора, скорости и направления ветра, напора воды перед соплами, атмосферного давления.[c.267]

    При установке вентилятора на клиноременной передаче потребная мощность электродвигателя по формуле (4.105) составит  [c.982]

    Мощность, потребляемая вентилятором, кВт, при установленной мощности электродвигателя, кВт [c.987]

    Пример 5.4. Для подачи воздуха в количестве Q-=40 ООО при полном напоре Я=150 мм вод. ст. (т. е. 150 кгс1м или 1470 н/м ) предполагается установить центробежный вентилятор № 10 серии Ц9-55, характеристика которого приведена на рис. 5.10. Проверить, подходит ли данный вентилятор для работы в заданных условиях и определить установочную мощность электродвигателя. [c.181]

    Мощность электродвигателя N (кВт) для привода вентилятора определяется по формуле [c.807]

    Вентилятор подает воздуха больше, чем предусмотрено при выборе мощности электродвигателя [c.478]

    Суммарная мощность электродвигателей циркуляционных вентиляторов, кет. …. 512 576 838 [c.92]

    Потребляемую мощность ориентировочно можно рассчитать, принимая к. п. д. вентилятора и электродвигателя по каталогам с учетом их фактического режима работы (производительности, давления и частоты вращения вала вентилятора, коэффициента загрузки электродвигателя). При значительном отклонении работы вентилятора от характеристики по каталогу значение к. п. д. [c.334]

    Сушилка обслуживается одним человеком. Общая установочная мощность электродвигателей сушилки 920 кет, в том числе нагнетательного вентилятора 735 кет. Установка снабжена предохранительными устройствами, обеспечивающими безопасность технологического процесса они предотвращают пересушку угольной мелочи и выключают питание в случае перегрузки сушилки. [c.184]

    Для осевого вентилятора запаса мощности электродвигателя не требуется. [c.270]

    Энергетические затраты на охлаждение продукта в АВО оценивают мощностью, затрачиваемой на привод вентилятора. Мощность электродвигателя вентилятора можно определить тремя способами используя измерительный комплект К-50 с трансформатором тока, двумя ваттметрами, соединенными по схеме Арона, и ваттмерными клещами типа Д-90 или вольт-амперными клещами типа Ц-91. [c.59]

    Воздухо- охлвдителн Площадь поверхности. иг Тепловой по-гок при Ю С, Вт Количество вентиляторов Мощность электродвигателей. Вт Габаритные размеры, мм  [c.124]

    Нормативы ый Число вентн- Вну- тренний Коэф- фициент Поверхность аппа- Привод вентиляторов и мощность электродвигателе 11  [c.154]

    V = 8000 м час со статическим напором //ст= 400-ьБОО мм вод. ст. Любой из трех номеров вентиляторов может в определенной мере удовлетворить указанным требованиям, однако режим вентилятора № 9 будет наиболее благоприятным, ибо этот вентилятор имеет наибольший к. п. д. в точке пересечения линии подачи V = 8000 м /час и напора Н = 500 мм вод. ст. (см. рис. 147,6). Поэтому остановимся на вентиляторе № 9, При заданных условиях к. п. д. вентилятора т = 0,58 п= 1550 об/мин. Во избежание применения ременной передачи целесообразно установить вентилятор на одной оси с электродвигателем, несмотря на отклонение от наивыгоднейшего режима. Тогда значение п станет равным 1450 об/мин напор Н = 440 мм вод. ст. к. п. д. 71= 0,57 потребная мощность электродвигателя (наклонная прямая) М = 20 кет. [c.242]


    И ВЫСОКОГО давления. Так, например, в отдаленном цехе или участке завода установлена печь с одной или двумя форсунками общей производительностью 20—25 кг час. Для работы этих форсунок необходимо подавать 250—300 м час воздуха при напоре порядка 400—500 лад вод. ст. Наименьшие из существую щих вентиляторов высокого давления имеют минимальную производительность порядка 2000 м 1час. Мощность электродвигателя для привода этого вентилятора должна быть не ниже 5—6 квт, причем необходимо строго следить за недопущением изменения режима работы вентилятора, ибо потребная мощность электродвигателя может резко возрасти. Установка такого вентилятора для упомянутых двух форсунок приведет к работе его с очень низким к. п. д. в неустойчивой области характеристики. Несмотря на незначительное использование подачи мощность, потребная для привода вентилятора, останется в пределах 4—5 квт. [c.250]

    Принимаем к установке вентиляторы (2 рабочих, 1 резервный) типа Ц4—70, Н6, 3095-2а со следующими характеристиками подача—5000 м /ч, напор—110 мм, диаметр колеса —0,95 Зном, частота вращения —1440 мин-, КПД — 0,65, мощность электродвигателя — 5,5 кВт. [c.203]

    Так, например, если для печи или другого топочного устройства требуется форсунка производительностью 20 кг/ч и если вблизи нет коммуникации пара и сжатого воздуха, то применяют форсунку низкого давления. Для работы этой форсунки достаточно подавать 250 м ч воздуха давлением 3—4 кн мР- (300— 400 мм вод. ст.). Для распыления топлива и подачи воздуха к этой форсунке приходится ставить вентилятор ВВД № 8, являющийся наименьшим из типовых и имеющихся в продаже. При числе оборотов, необходимом для создания давления 3—4 /сн/л1 (300—400 мм вод. ст.), т. е. при п = 1390—1600 об1мин, и минимальной производительности, равной 2000 м 1ч, потребуется мощность электродвигателя 4,5—7 квт [125]. Между тем для подачи 260 м 1ч воздуха при давлении 3,6 кн1м (360 мм вод. ст.) и [c.207]

    Примечания Высотная схема аналогична схеме градирни ГПВ. Градирня оборудована двумя вентиляторами. Градирня оборудована тремя вентиляторами. В горизонтальном сечении градирня имеет форму шестигранника. Установочная мощность электродвигателя 37 кВт. ПР50 — призма решетчатая высотой 50 мм. [c.46]

    Полученные по данным испытаний значения подачи воздуха и потери давления вентилятора наносят на его заводскую характеристику. На эту же характеристику наносят результаты измерений мощности, потребляемой электродвигателем и подсчитанной на основе полученных данных КПД вентиляторной установки. ПроизБеденное таким образом сопоставление паспортных данных вентиляторной установки с результатами испытаний ее работы на действующей градирне позволяет судить о режиме работы вентилятора, загрузке электродвигателя, правильности выбранного угла установки лопастей, возможности (в случае необходимости) повышения подачи или давления вентилятора или снижения количества потребляемой электроэнергии.[c.273]

    Интенсификация охлаждения электродвигателей возможна и при использовании схемы с гравитационными термосифонами, разработанной в Одесском технологическом институте холодильной промыш ленности (ОТИХП) совместно с ВНИПТИЭМ (г. Владимир). В этом случае термосифоны предназначены для передачи теплового потока от внутреннего воздуха к наружному, который нагнетается вентилятором наружного обдува. Испытания двигателя, изготовленного на базе серийного асинхронного двигателя 4АН315М6, показали, что при полной унификации основных узлов машины (ротор, статор, подшипниковые щиты и т. д.) мощность электродвигателя возросла со 132 до 160 кВт, а масса его при этом снизилась более чем на 100 кг (литая чугунная станина была заменена корпусом из стального листа). Испытания еще восьми электродвигателей с другими высотами оси вращения единой серии 4А подтвердили перспективность приме- [c.252]


Пример расчета энергоэффективности преобразователя частоты | RuAut

Преобразователи частоты при использовании с центробежными машинами позволяют значительно экономить электроэнергию. Это достигается за счет кубической зависимости потребляемой мощности от частоты вращения двигателя. Рассмотрим способ управления расходом с помощью дросселирования так называемой задвижки. Ниже характеристика насосного или вентиляторного механизма. При регулировании дросселированием или задвижкой мы перемещаемся влево по характеристике рабочего механизма. Тем самым получаем необходимый нам расход, но мощность потребляемая при этом механизмом остается та же, а расход уменьшается. 

При использовании же для регулирования преобразователя частоты мы получаем другие характеристики. Изменяя скорость насосного или вентиляторного механизма с помощью преобразователя частоты мы смещаемся по рабочей характеристики системы влево, получая при этом необходимый нам расход. Мощность же потребляемая механизмом при этом будет гораздо меньше, чем мощность при дросселировании. 

Мощность потребляемая вентиляторной и насосной нагрузкой имеет кубическую зависимость от скорости вращения. Итак имеем вентиляторную нагрузку, которая при максимальной своей скорости вращения потребляет 10кВт электрической энергии. Снижая скорость вращения с использованием преобразователя частоты на 20% мы получаем ощутимую экономию электроэнергии в 5кВт. 

Этот график наглядно показывает эффективность применения преобразователей частоты при использовании вентиляторных и насосных нагрузок. На примере вентиляторной нагрузки продемонстрируем данный эффект. Будем использовать стенд с вентиляторной установкой и асинхронным электродвигателем. Сначала рассмотрим первый вариант, когда двигатель подключен напрямую к сети. В данном случае расход воздуха мы будем регулировать заслонкой. Для наглядности эксперимента возьмем воздушный шарик. С помощью заслонки выставим сначала максимальный расход и опустим шарик на поток воздуха. При этом измерим ток фазы двигателя, он должен быть равен номинальному току. Как известно, ток пропорционален потребляемой мощности. Теперь уменьшим поток воздуха, и опять опустим шарик, зрительно зафиксируя уровень, на котором находится шарик. Снова измерим ток фазы двигателя. Он приблизительно равен номинальному. Теперь будем управлять частотой вращения, а значит и расходом, с помощью преобразователя частоты. Переведем заслонку в положение полностью открыта. Регулируя частоту вращения, выставим шарик на такой же уровень, как и при использовании заслонки. С номинальной частоты вращения равной 1500 оборотов в минуту уменьшаем ее до значения при которой расход будет таким же. Это будет видно по высоте на которую опустится шарик. После этого измерим ток, потребляемый преобразователем частоты из сети. Как известно, ток пропорционален потребляемой мощности. Ток при использовании преобразователя частоты, а значит и потребляемая электроэнергия значительно уменьшился, а расход остался таким же. 

Моментно-скоростная характеристика для вентиляторной нагрузки.

Контекст 1

… пропорционально квадрату скорости вращения вентилятора. Этот тип нагрузки имеет переменные характеристики крутящего момента нагрузки, требующие гораздо меньшего крутящего момента на низких скоростях, чем на высоких скоростях, что означает, что крутящий момент нагрузки относительно низок при запуске. Установившиеся моментно-скоростные характеристики вентиляторов могут быть представлены формой, показанной на рис. 1 (пунктирная линия). Эти характеристики часто приблизительно представляются в предположении, что требуемый крутящий момент Т пропорционален квадрату скорости…

Контекст 2

… T rated и n rated номинальные крутящий момент и скорость нагрузки вентилятора соответственно. Обратите внимание, что это приближение, как правило, неверно при низких скоростях, потому что большинству практических вентиляторов приходится преодолевать значительный пусковой момент (как показано на рис. 1) при запуске. Таким образом, более практичная кривая крутящий момент-скорость вентилятора реализуется в переходном режиме .. .

Контекст 3

… 8-9 показаны формы сигналов тока обоих двигателей в процессе запуска под нагрузкой.Видно, что двигатель LSPM потребляет немного больший пусковой ток, чем IM. Реакция скорость-время для двигателя LSPM и асинхронного двигателя под нагрузкой представлена ​​на том же графике, что и на рис. 10. IM приводится в синхронизм примерно на 80 мс быстрее, чем у двигателя LSPM. На рис. 11-12 показаны характеристики момент-время для обоих двигателей при одном и том же …

Контекст 4

… АД приводится в синхронизм примерно на 80 мс быстрее, чем двигатель LSPM. На рис. 11-12 показаны характеристики момента-времени для обоих двигателей в одинаковых условиях….

Контекст 5

… показано на рисунках 13-14, для вентиляторных нагрузок с относительно низкой инерцией мгновенная траектория скорость-момент для двигателя LSPM и асинхронного двигателя не показывает признаков повторяющихся полюсов -проскальзывает профили при запуске. Процесс синхронизации для обоих двигателей удовлетворительный, хотя асинхронный двигатель демонстрирует несколько лучшую производительность при меньшем геометрическом местоположении вокруг номинальной скорости. …

Вентиляторные и насосные нагрузки, электротехника, электроприводы, конспекты лекций, pdf

Нагрузки вентилятора и насоса:

Рис. 1 Моментно-скоростная характеристика для вентиляторных и насосных нагрузок

  • Вентиляторы и насосы имеют установившуюся характеристику крутящий момент-скорость, которая обычно имеет форму, показанную на рисунке 1.Эти характеристики часто приблизительно представляются путем предположения, что требуемый крутящий момент пропорционален квадрату или кубу скорости, что приводит к терминам «квадратичная» или «кубическая» нагрузка.
  • Следует отметить, однако, что приближение редко справедливо при низких скоростях, потому что большинство реальных вентиляторов или насосов имеют значительное статическое трение или пусковой момент (как показано на рисунке 1), которые необходимо преодолевать при запуске.
  • Когда мы рассматриваем отношения мощность-скорость, подчеркивается поразительная разница между нагрузкой с постоянным крутящим моментом и нагрузкой вентиляторного типа.Если двигатель рассчитан на непрерывную работу на полной скорости, он будет очень слабо нагружен (обычно около 20 %) на половинной скорости, тогда как при нагрузке с постоянным крутящим моментом номинальная мощность составит 50 % на половинной скорости.
  • Таким образом, нагрузки вентиляторного типа, требующие регулирования скорости, могут обрабатываться приводами, которые могут допускать снижение мощности только на таких низких скоростях, например, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с инверторным питанием без дополнительного охлаждения или двигатель с короткозамкнутым ротором с регулируемым напряжением.
  • Если мы предположим, что требуемая скорость ускорения невелика, двигателю потребуется характеристика крутящий момент-скорость, которая лишь немного больше, чем крутящий момент нагрузки на всех скоростях.
  • Это определяет рабочую область в плоскости крутящий момент-скорость, из которой может быть выбран привод. Конечно, многим вентиляторам не требуется регулирование скорости, и они хорошо обслуживаются асинхронными двигателями сетевой частоты.

Двигатели вентиляторов — пусковые моменты

Важно, чтобы двигатель вентилятора был способен запустить вентилятор в рабочих условиях, а дополнительно мог разогнать крыльчатку вентилятора, привод и вал до рабочей скорости.

Для вентилятора, перемещающего большой объем воздуха при низком статическом давлении, мощности двигателя, требуемой во время непрерывной работы, может быть недостаточно для ускорения вентилятора, и правильно спроектированная и настроенная система защиты двигателя может остановить вентилятор до перегрева обмоток и повреждения изоляции. .

Крутящий момент двигателя следует сравнивать с крутящим моментом крыльчатки вентилятора до 90% синхронизированной скорости во время проектирования.

Пусковой момент двигателя

Пусковой момент двигателя для вентилятора с ременным приводом можно рассчитать как

I м = 1.1 I F (N F / N M / N M ) 2 (1)

, где

I M = момент инерции, которые двигатель должен быть способен поворачивать на двигателе Вал (LB M FT 2 , кг м 2 )

I F = момент инерции колеса вентилятора (LB M FT 2 , кг м 2 )

N F = скорость вентилятора (об / мин, мин -1 )

N м = скорость двигателя (об / мин, мин -1 )

для прямого привода вентилятор I m всегда превышает I f .

Обратные центробежные колеса и момента инерции

типичная инерция IV IV сталь и алюминиевый обратно наклонные центробежные колеса:

901 82
Размер колеса вентилятора
(в)
момент инерции (LB FT 2 )
Стальные колеса Алюминий колеса
20 25 10
22 40 16
24 65 26
27 95 38
30 140 56
36 380 152
40 580 232
44 870 348
54 2030 812
60190 60193 3

3
3900 1560
66 5500 5500 2200 2200 2200

Типичная инерция HVAC или процесса Стандартные центробежные вентиляторы со стальными задними колесами:

Размер вентилятора
(м)
Момент инерции
(кг·м 2 )
0.40 0,10
0,45 0,17
0,50 0,27
0,56 0,53
0,63 0,87
0,71 1,80
0,80 3,00
0,99 8,10

Крутящий момент при нагрузке – обзор

скорости.Хорошим примером является подъемник барабанного типа, требуемый крутящий момент зависит от нагрузки на крюк, но не от скорости подъема. Пример показан на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Подъемник с моторным приводом — нагрузка с постоянным крутящим моментом.

Диаметр барабана составляет 0,5 м, поэтому, если максимальная нагрузка (включая трос) составляет, скажем, 1000 кг, натяжение троса (мг) будет равно 9810 Н, а крутящий момент, прикладываемый нагрузкой к барабану, будет задан на Сила  ×  радиус  = 9810 × 0.25 ≈ 2500 Нм. Когда скорость постоянна (т. е. нагрузка не ускоряется), крутящий момент, обеспечиваемый двигателем на барабане, должен быть равен и противоположен крутящему моменту, создаваемому на барабане нагрузкой. (Слово «противоположный» в последнем предложении часто опускается, имея в виду, что стационарный двигатель и крутящий момент нагрузки обязательно должны действовать в противовес.)

Предположим, что скорость подъема должна регулироваться при любом значении вплоть до максимального 0,5 м/с, и мы хотим, чтобы это соответствовало максимальной скорости двигателя около 1500 об/мин, что является разумной скоростью для широкого спектра двигателей.Скорость подъема 0,5 м/с соответствует скорости барабана 19 об/мин, поэтому подходящим передаточным числом будет, скажем, 80:1, что дает максимальную скорость двигателя 1520 об/мин.

Крутящий момент нагрузки, видимый со стороны двигателя редуктора, будет уменьшен в 80 раз, с 2500 Нм до 31 Нм на двигателе. Мы также должны учитывать трение в редукторе, эквивалентное, возможно, 20% крутящего момента при полной нагрузке, поэтому максимальный крутящий момент двигателя, необходимый для подъема, будет составлять 37 Нм, и этот крутящий момент должен быть доступен на всех скоростях вплоть до максимальных 1520 об/мин. /мин.

Теперь мы можем нарисовать установившуюся кривую крутящий момент-скорость нагрузки с точки зрения двигателя, как показано на рис. 11.8.

Рис. 11.8. Требования к крутящему моменту двигателя в подъемном механизме (рис. 11.7).

Установившаяся мощность двигателя получается из произведения крутящего момента (Нм) и угловой скорости (рад/с). Таким образом, максимальная непрерывная мощность двигателя для подъема определяется как

(11.1)Pmax=37×1520×2π60=5,9 кВт

На этом этапе всегда полезно проверить, что мы получим примерно такой же ответ для мощности с учетом работы, совершаемой за секунду под нагрузкой.Сила ( F ) на нагрузке составляет 9810 Н, скорость ( v ) составляет 0,5 м/с, поэтому мощность (Fv) составляет 4,9 кВт. Это на 20% меньше, чем мы получили выше, потому что здесь мы не учитывали потери мощности в редукторе.

На данный момент мы установили, что нам нужен двигатель, способный непрерывно развивать мощность 5,9 кВт при 1520 об/мин, чтобы поднимать самый тяжелый груз с максимальной требуемой скоростью. Однако мы еще не касались вопроса о том, как груз разгоняется из состояния покоя и доводится до максимальной скорости.Во время фазы ускорения двигатель должен создавать крутящий момент, превышающий крутящий момент нагрузки, иначе нагрузка упадет, как только тормоз будет снят. Чем больше разница между моментом двигателя и моментом нагрузки, тем выше ускорение. Предположим, мы хотим, чтобы самый тяжелый груз достиг полной скорости из состояния покоя, скажем, за 1 с, и предположим, что мы решили, что ускорение должно быть постоянным. Мы можем рассчитать требуемый ускоряющий момент из уравнения движения, т.е.

Обычно лучше всего работать с переменными, наблюдаемыми двигателем, и поэтому сначала нам нужно найти действующую общую инерцию, наблюдаемую на валу двигателя, затем рассчитать ускорение двигателя и, наконец, использовать уравнение. (11.2) для получения ускоряющего момента.

Эффективная инерция состоит из инерции самого двигателя, приведенной инерции барабана и редуктора и приведенной инерции груза на крюке. Термин «отнесенная инерция» означает кажущуюся инерцию, если смотреть со стороны двигателя редуктора.Если редуктор имеет передаточное отношение n :1 (где n больше 1), инерция J на ​​стороне низкой скорости оказывается равной J/n 2 на стороне высокой скорости. сторона. В этом примере груз на самом деле движется по прямой линии, поэтому нам нужно спросить, какова эффективная инерция груза, «видимая» на барабане. Геометрия здесь проста, и нетрудно заметить, что с точки зрения инерции барабана груз кажется прикрепленным к поверхности барабана.Затем инерция нагрузки на барабане получается с использованием формулы для инерции массы m, расположенной на радиусе r , т.е. Дж = mr 2 , что дает эффективную инерцию нагрузки на барабане как 1000 кг × ( 0,25 м) 2  = 62,5 кгм 2 .

Эффективная инерция нагрузки с точки зрения двигателя составляет 1/(80) 2  × 62,5 ≈ 0,01 кгм 2 . К этому следует добавить, во-первых, инерцию двигателя, которую мы можем получить, обратившись к каталогу производителя для 5.Двигатель 9 кВт, 1520 об/мин. Это будет просто для постоянного тока. двигатель, но переменного тока каталоги двигателей, как правило, дают номинальные значения только для частоты сети, и здесь необходимо выбрать двигатель с правильным крутящим моментом и возможную кривую скорости крутящего момента для рассматриваемого типа привода. Для простоты предположим, что мы нашли двигатель точно требуемой мощности с инерцией ротора 0,02 кг·м 90 103 2 90 104 . Упомянутая инерция барабана и редуктора должна быть добавлена, и это снова мы должны рассчитать или посмотреть.Предположим, что это дает еще 0,02 кгм 2 . Таким образом, общая действующая инерция составляет 0,05 кгм 90 103 2 90 104 , из которых 40 % приходится на сам двигатель.

Ускорение получить несложно, поскольку мы знаем, что скорость двигателя должна повышаться с нуля до 1520 об/мин за 1 с. Угловое ускорение определяется как увеличение скорости, деленное на затраченное время, т. е.

1520×2π60÷1=160 рад/сек2

(11.2) как

T=0,05×160=8 Нм

Таким образом, чтобы удовлетворить требования к установившемуся и динамическому крутящему моменту, привод, способный развивать крутящий момент 45 Нм (= 37 + 8) на всех скоростях до Требуется 1520 об/мин, как показано на рис. 11.8.

В случае подъемника предполагаемый режим работы может быть неизвестен, но вполне вероятно, что двигатель большую часть времени будет проводить подъем, а не ускорение. Следовательно, хотя пиковый крутящий момент 45 Нм должен быть доступен на всех скоростях, это не будет постоянным требованием и, вероятно, будет находиться в пределах кратковременной перегрузочной способности привода, который постоянно оценивается в 5.9 кВт.

Следует также учитывать, что произойдет, если необходимо опустить полностью загруженный крюк. Мы допустили трение в размере 20 % от момента нагрузки (31 Н·м), поэтому во время спуска мы можем ожидать, что трение создаст тормозной момент, эквивалентный 6,2 Н·м. Но для того, чтобы крюк не убежал, нам потребуется суммарный крутящий момент 31 Нм, поэтому для сдерживания нагрузки мотор должен будет выдать крутящий момент 24,8 Нм. Мы, естественно, назвали бы это тормозным моментом, потому что он необходим для предотвращения убегания груза на крюке, но на самом деле крутящий момент остается в том же направлении, что и при подъеме.Однако скорость отрицательна, и с точки зрения «четырехквадрантной» диаграммы (например, рис. 3.12) мы переместились из квадранта 1 в квадрант 4, и, таким образом, поток мощности меняется на противоположный, двигатель восстанавливается, потеря потенциала энергия нисходящей нагрузки преобразуется обратно в электрическую форму (и потери). Следовательно, если мы хотим удовлетворить эту ситуацию, мы должны выбрать привод, способный к непрерывной регенерации: такой привод также будет иметь возможность работать в квадранте 3, чтобы создавать отрицательный крутящий момент для опускания пустого крюка, если его вес недостаточен. понизить себя.

В этом примере в крутящем моменте преобладает стационарное требование, а ускоряющий крутящий момент, зависящий от инерции, сравнительно невелик. Конечно, если бы мы указали, что груз должен быть ускорен за одну пятую секунды, а не за 1 с, нам потребовался бы ускоряющий крутящий момент 40 Нм, а не 8 Нм, а что касается требований к крутящему моменту, то ускоряющий крутящий момент был бы быть более или менее равным установившемуся рабочему крутящему моменту. В этом случае необходимо проконсультироваться с производителем привода, чтобы определить номинальные характеристики привода, которые будут зависеть от частоты последовательности пуска/останова.

Вопрос о том, как оценить двигатель при прерывистой нагрузке, будет более подробно рассмотрен ниже, но стоит отметить, что если инерция значительна, запасенная кинетическая энергия вращения (12Jω2) может стать очень значительной, особенно когда привод требуется, чтобы привести груз в состояние покоя. Любая накопленная энергия должна либо рассеиваться в двигателе и самом приводе, либо возвращаться в источник питания. Все двигатели по своей природе способны к рекуперации, поэтому схема, при которой кинетическая энергия восстанавливается и отводится в виде тепла в резисторе внутри корпуса привода, является более дешевым вариантом, но осуществима только тогда, когда поглощаемая энергия невелика.Если накопленная кинетическая энергия велика, привод должен быть способен возвращать энергию в источник питания, а это неизбежно увеличивает стоимость преобразователя.

В случае нашего подъемника накопленная кинетическая энергия составляет всего

12×0,051520×2π602=633Дж

или около 1% энергии, необходимой для нагрева кружки воды для чашки кофе. Такая скромная энергия может быть легко поглощена резистором, но, учитывая, что в данном случае мы обеспечиваем рекуперативный привод, эта энергия также будет возвращена в источник питания.

Как рассчитать крутящий момент при нагрузке

Для правильного выбора двигателя необходимо соблюдение трех критериев: крутящий момент, инерция нагрузки и скорость. В первой части этой серии статей «Основы определения размеров двигателя» я объясню, что такое крутящий момент нагрузки, как его рассчитать для конкретных примеров применения и как он соответствует требованиям к крутящему моменту для приложения.

Крутящий момент определяется как сила вращения на расстоянии от оси вращения. Он измеряется в таких единицах, как фунт-дюйм (фунт-дюйм) в имперской системе или Нм (ньютон-метр) в метрической системе.Крутящий момент так же важен, если не важнее, чем мощность двигателя. Мощность — это скорость, с которой может выполняться работа, и рассчитывается путем умножения крутящего момента на скорость. Другими словами, крутящий момент — это способность выполнять работу, а мощность — это скорость, с которой эта работа может быть выполнена.

Крутящий момент имеет 2 основных компонента: момент нагрузки и момент ускорения. Крутящий момент нагрузки представляет собой величину крутящего момента, постоянно требуемую для применения, и включает в себя нагрузку от трения и гравитационную нагрузку.   Ускоряющий крутящий момент — это крутящий момент, необходимый только для максимального ускорения и замедления нагрузки. Чем быстрее нагрузка должна разгоняться, тем выше ускоряющий момент. Иногда момент нагрузки выше; иногда момент ускорения может быть выше. Важно рассчитать оба; особенно для профилей быстрого движения.

На изображении выше мы показываем несколько стрелок, которые показывают направление сил, взаимодействующих в этом приложении.Как вы думаете, что такое момент нагрузки? Ответ оба.

Момент нагрузки представляет собой сумму нагрузок трения и силы тяжести. Гравитационная сила определяется весом или массой, умноженной на ускорение свободного падения ( г ). Сила трения, действующая в направлении, противоположном направлению движения конвейера, рассчитывается путем умножения массы груза на коэффициент трения двух поверхностей: m x µ .

Расчет крутящего момента нагрузки отличается для различных приложений.Давайте рассмотрим несколько распространенных примеров, чтобы увидеть, как рассчитывается крутящий момент нагрузки.

 

Для привода шкивов расчет крутящего момента достаточно прост. Нам нужно создать силу на некотором расстоянии от вала двигателя (определение крутящего момента). Это можно рассчитать, умножив силу ( F ) на радиус вращения ( r ). Для перемещения груза (синяя рамка) двигатель должен генерировать больший крутящий момент, чем это значение.

Чтобы рассчитать момент нагрузки, умножьте силу ( F ) на расстояние от оси вращения, которое является радиусом шкива ( r ) . Если масса груза (синяя рамка) составляет 20 ньютонов, а радиус шкива составляет 5 см, то требуемый крутящий момент для приложения составляет 20 Н x 0,05 м = 1 Нм. Как правило, коэффициент безопасности используется для того, чтобы двигатель генерировал больший крутящий момент, чем требуется для учета любых неточностей в переменных, используемых для расчета.

Вот формула для расчета момента нагрузки для шкива со всеми переменными:

 

Приведенная выше формула работает для приложений с нагрузкой трения или без нее. Если убрать трение из системы (коэффициент трения поверхности скольжения µ = 0; внешняя сила FA = 0; передаточное число i = 1), то вы, по сути, получите ту же основную формулу силы ( F ) х радиус ( r ).

Теперь давайте попробуем применить эту концепцию в другом приложении, имеющем дело с трением.

 

 

В конвейерных приложениях, где груз поддерживается поверхностью, трение является постоянным и пропорциональным массе груза. Степень проскальзывания на контактной поверхности или коэффициент трения ( µ) необходим для определения силы трения ( F ).

Следующая формула используется для расчета момента нагрузки для ременных приводов (конвейеров), а также реечных приводов.

 

Для этого типа применения нам нужно сначала рассчитать силу ( F ), прежде чем мы сможем рассчитать момент нагрузки ( TL ). Это требует от нас определения переменных внешней силы ( FA ), массы ( m ) и угла наклона ( Θ ). Получив значение F , мы можем включить его в формулу крутящего момента нагрузки ( TL ).

Пример: поворотный индексный стол

 

 

При расчете крутящего момента для поворотных индексных столов используются те же формулы, что и для ременного привода, но для определения необходимых переменных требуется несколько иной мыслительный процесс.В этом случае трение возникает в точках контакта шариковых роликов (опорных подшипников) и стола, поэтому радиус ( r ) будет расстоянием от центра вала двигателя до точки контакта между столом и его опорой. подшипники. Масса ( м ) будет массой стола плюс груз(ы). Коэффициент трения ( µ) обычно указан в спецификациях подшипников.

СОВЕТ: советы по выбору двигателя

1.Будьте осторожны, чтобы не смешивать британские и метрические единицы в одной и той же формуле.

2. Если вам нужно преобразовать единицы измерения, убедитесь, что они преобразованы правильно; особенно десятичная точка.*

3. Используйте адекватные коэффициенты безопасности. Вы бы предпочли увеличить размер двигателя, чем уменьшить его.

4. Полезно еще раз взглянуть на свои расчеты свежим взглядом.

*Используйте файл .

Однако крутящий момент нагрузки является лишь одним из двух компонентов общего крутящего момента, необходимого для применения.Для правильного определения размера двигателя нам все еще необходимо рассчитать ускоряющий момент, инерцию нагрузки и скорость.

В следующих нескольких постах я расскажу о расчетах инерции нагрузки, момента ускорения, скорости и осевых/радиальных нагрузках. Устройтесь поудобнее.

Недостаточная мощность двигателя Индикатор использования мощности вентилятора

Слишком часто при сравнении туннельных вентиляторов люди в первую очередь обращают внимание на размер двигателя. Считается, что чем меньше размер двигателя, тем меньше стоимость эксплуатации вентилятора.

Хотя в целом это так, дело в том, что не все двигатели данного размера будут потреблять одинаковое количество энергии. Например, на рисунке 1 показан диапазон мощности, потребляемой 158 различными 48-дюймовыми вентиляторами, протестированными лабораторией BESS. Хотя все вентиляторы были оснащены двигателем мощностью в одну лошадиную силу (HP), мощность, потребляемая вентиляторами, варьировалась от 700 Вт до чуть менее 1300 Вт!

Рисунок 1. Мощность, потребляемая различными 48-дюймовыми вентиляторами с двигателями мощностью 1 л.с.

Чтобы понять, почему вентиляторы с двигателем мощностью 1 л.По определению, один HP равен 746 Вт мощности.

Двигатель мощностью 1 л.с. рассчитан на передачу мощности не менее 746 Вт на вал двигателя. Если двигатель не подключен к нагрузке, он, очевидно, не будет выполнять никакой работы, но все равно будет потреблять небольшое количество энергии. Если он подключен к лопасти вентилятора, требующей мощности 746 Вт, он будет обеспечивать эту мощность. Если ему требуется меньше или больше, он попытается доставить это количество. Таким образом, мощность, потребляемая двигателем мощностью 1 л.с., больше зависит от того, как он загружен, чем от того, на что он способен.

Если для вращения опоры конкретного 48-дюймового вентилятора со скоростью, скажем, 400 об/мин требуется 900 Вт мощности, двигатель будет «пытаться» обеспечить мощность 900 Вт, независимо от размера двигателя.

Если двигатель вентилятора способен обеспечить только 746 Вт мощности (1 л.с.) для привода винта, он будет перегреваться из-за перегрузки. Но если двигатель способен обеспечить мощность 1492 Вт (2 л.с.), он может легко обеспечить мощность 900 Вт, не беспокоясь о перегреве.

Количество энергии, которое он будет использовать, определяется не столько мощностью, которую двигатель способен обеспечить, сколько работой/мощностью, необходимой для вращения винта вентилятора с заданной скоростью. На самом деле он ничем не отличается от двигателя автомобиля. Сколько бензина использует двигатель автомобиля, больше зависит от того, насколько двигатель загружен (т.е. как быстро движется автомобиль), чем от его размера/рабочего объема.

Рисунок 2. Энергопотребление вентилятора в зависимости от скорости вентилятора

На рис. 2 показано энергопотребление конкретного 52-дюймового вентилятора с двигателем мощностью 2 л.с. в зависимости от скорости вращения винта.Мощность, необходимая для вращения лопастей вентилятора, может изменяться почти на 100 % в зависимости от скорости вращения лопастей вентилятора. Увеличение скорости вращения винта с 540 до 593 об/мин, всего на 9%, увеличивает мощность, потребляемую двигателем вентилятора, с 1046 до 1365 Вт, то есть на 31%. Увеличьте его до 650 об/мин (увеличение на 20%), и энергопотребление увеличится почти вдвое! Опять же … не размер двигателя определяет, сколько энергии потребляет вентилятор, а то, сколько работы требуется от него.

Другим фактором, определяющим потребление энергии двигателем вентилятора, является КПД двигателя. Электрические двигатели не на 100 процентов эффективны, то есть вам нужно подавать более 746 ватт электроэнергии на двигатель вентилятора, чтобы получить 746 ватт полезной мощности от двигателя для привода винта вентилятора.

В двигателе имеются потери мощности, связанные с электрическим сопротивлением в обмотках двигателя, трением в подшипниках и др. Эти потери проявляются в виде теплоты.

КПД двигателя вентилятора обычно составляет от 74 до 86 процентов при полной нагрузке, что означает, что примерно 20 процентов мощности, используемой двигателем вентилятора, используется для производства тепла, а не для вращения лопастей вентилятора.Просто принимая во внимание КПД двигателя, чтобы получить 746 Вт полезной мощности от типичного двигателя вентилятора мощностью 1 л.с., вы должны вложить в двигатель вентилятора от 867 до 1008 Вт мощности.

Рис. 3. Паспортная табличка двигателя вентилятора мощностью 1 л.с.

Третий фактор — эксплуатационный фактор двигателя. Сервис-фактор двигателя — это, по сути, мера того, насколько двигатель может быть перегружен, не опасаясь повреждения. Например, двигатель с эксплуатационным коэффициентом 1,2 означает, что двигатель можно перегрузить на 20 %, не опасаясь его повреждения.Таким образом, двигатель мощностью 1 л.с. с эксплуатационным коэффициентом 1,2 способен обеспечить мощность 895 Вт для привода вентилятора, а не 746 Вт. Для всех практических целей это двигатель мощностью 1,2 л.с. Вентиляторы на рис. 1, которые потребляют более 1100 Вт мощности, обычно имеют коэффициент мощности более 1,0.

На рис. 3 показана заводская табличка двигателя вентилятора. Хотя это двигатель мощностью 1 л.с. с эксплуатационным коэффициентом 1,3, его можно нагружать, если это был двигатель мощностью 1,3 л.с.

Важно отметить, что если он полностью загружен, он может производить больше энергии для привода вентилятора, чем двигатель мощностью 1 л. .Важно иметь в виду, что если вы заменили двигатель вентилятора с коэффициентом эксплуатации 1,3 на коэффициент эксплуатации 1,0, велика вероятность того, что двигатель перегреется и отключится.

Рис. 4. Описание протестированного вентилятора

Еще один фактор, влияющий на энергопотребление двигателя вентилятора, заключается в том, что вентиляторы рассчитаны на подачу указанного количества энергии в наихудших условиях, т. е. при высоких температурах, низкой скорости воздуха над двигателем и т. д. При работе в более нормальных условиях энергопотребление будет обычно ниже.Насколько ниже, будет зависеть от того, как именно был спроектирован двигатель вентилятора.

Как видите, существует множество факторов, в конечном итоге определяющих количество энергии, которое будет потреблять вентилятор с двигателем мощностью 1 л.с.

Несмотря на то, что паспортная табличка двигателя может дать некоторое представление об энергопотреблении, единственный способ определить мощность, которую будет потреблять вентилятор, — это испытательные лаборатории вентиляторов, такие как лаборатории BESS в Университете Иллинойса (www.bess.uiuc. образование).

Данные испытаний вентилятора

будут включать в себя широкий спектр информации о вентиляторе (рис. 4), а также объем воздуха, который вентилятор перемещает, а также рейтинг энергоэффективности (куб. футов в минуту/ватт) при различных статических давлениях (рис. 5).Чтобы определить энергопотребление конкретного вентилятора, просто разделите количество воздуха, перемещаемого вентилятором (например, куб.

Рис. 5. Результаты тестирования производительности вентилятора.

Например, по результатам испытаний производительности вентилятора, показанным на рис. 4, 54-дюймовый вентилятор с двигателем мощностью 1 л.с. будет вращаться со скоростью 24 500 куб. куб. футов в минуту на 21,4 куб.давление 10 дюймов.

Но… дело в том, что с точки зрения энергоэффективности количество энергии, потребляемой вентилятором, на самом деле не является хорошим показателем его общей энергоэффективности. Дело не в том, сколько энергии потребляет вентилятор, а в том, сколько энергии требуется для перемещения кубического фута воздуха.

Например, это не обязательно является проблемой, если вентилятор A потребляет на 20 % больше энергии, чем вентилятор B, если он перемещает как минимум на 20 % больше воздуха. Это ничем не отличается от автомобиля … дело не в том, сколько бензина использует автомобиль, а в том, сколько он использует по отношению к пройденному расстоянию.

Вопрос, который должен задать человек, пытающийся выбрать вентилятор, заключается в том, сколько воздуха можно перемещать с каждым потребляемым ваттом мощности; чем выше CFM на ватт, тем выше энергоэффективность вентилятора.

Купить энергоэффективный вентилятор на самом деле очень просто. Не обращайте внимания на размер двигателя и сравните вентиляторы на основе того, сколько воздуха они перемещают при максимально ожидаемом рабочем статическом давлении (www.poultryventilation.com/tips/vol22/n8) и их рейтинге энергоэффективности (который должен быть не менее 20.8 кубических футов в минуту/ватт при статическом давлении 0,10 дюйма).

Список лучших туннельных вентиляторов, протестированных лабораторией BESS, можно найти на сайте www.poultryventilation.com/tips/vol26/n1.

Август 2014 г.

Двигатель вентилятора

— обзор

На рис. 14.14 показан способ использования LT1010 для управления скоростью двигателя вентилятора для регулирования температуры прибора. Используемый вентилятор является одним из новых электростатических типов, который имеет очень высокую надежность, поскольку не содержит быстроизнашивающихся деталей.Эти устройства требуют привода высокого напряжения. При подаче питания термистор (расположенный в выхлопном потоке вентилятора) имеет высокое значение. Это разбалансирует управляемый усилителем мост A3, A1 не получает питания, и вентилятор не работает. По мере нагревания корпуса прибора значение термистора уменьшается до тех пор, пока A3 не начнет колебаться. A2 обеспечивает изоляцию и усиление, а A4 управляет трансформатором для выработки высокого напряжения для вентилятора. Таким образом, контур поддерживает стабильную температуру прибора, контролируя скорость вытяжки вентилятора.Постоянная времени 100 мкФ на выводах усилителя ошибки типична для таких конфигураций. Быстрые постоянные времени будут вызывать раздражающее слышно «рыскание» сервопривода. Оптимальные значения этой постоянной времени и коэффициента усиления зависят от тепловых характеристик и характеристик воздушного потока контролируемого корпуса.

Рисунок 14.14. Пьезоэлектрический сервопривод вентилятора

Обзор LT1010

R. J. Widlar

На схеме показаны основные элементы конструкции буфера. Операционный усилитель управляет выходным стоковым транзистором Q3, так что ток коллектора выходного повторителя никогда не падает ниже значения покоя (определяемого I и отношением площадей D1 и D2).В результате высокочастотная характеристика по существу аналогична характеристике простого повторителя, даже когда Q3 подает ток нагрузки. Внутренняя петля обратной связи изолирована от эффектов емкостной нагрузки в выходном проводе.

Схема не идеальна в том смысле, что скорость нарастания тока стока заметно меньше, чем тока истока. Это можно смягчить, подключив резистор между клеммой смещения на V + , увеличивая ток покоя. Особенностью окончательной конструкции является то, что выходное сопротивление в значительной степени не зависит от тока покоя повторителя или выходного тока нагрузки.Выход также будет переключаться на отрицательную шину, что особенно полезно при работе с однополярным питанием.

Буфер не более чувствителен к обходу питания, чем более медленные операционные усилители в отношении стабильности. Дисковые керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ, обычно рекомендуемые для операционных усилителей, безусловно, подходят для работы на низких частотах. Как всегда, целесообразно держать выводы конденсатора короткими и использовать заземление, особенно при работе на высоких частотах.

Скорость нарастания буфера может быть снижена из-за неправильного байпаса питания.При изменении выходного тока намного выше 100 мА/мкс рекомендуется использовать твердотельные танталовые конденсаторы емкостью 10 мкФ на обоих источниках питания, хотя может быть достаточно и шунтирования с положительного на отрицательный источник питания.

При использовании вместе с операционным усилителем и при большой нагрузке (резистивной или емкостной) буфер может соединяться с проводами питания, общими для операционного усилителя, вызывая проблемы со стабильностью контура в целом. Адекватное шунтирование обычно может быть обеспечено твердотельными танталовыми конденсаторами емкостью 10 мкФ. В качестве альтернативы можно использовать конденсаторы меньшего размера с развязывающими резисторами.Иногда операционный усилитель имеет гораздо лучшее подавление высоких частот при одном источнике питания, поэтому требования к байпасу для этого источника меньше.

Рассеиваемая мощность

Во многих случаях для LT1010 требуется теплоотвод. Термическое сопротивление при соединении с неподвижным воздухом составляет 150°С/Вт для корпуса ТО-39 и 60°С/Вт для корпуса ТО-3. Циркуляция воздуха, радиатор или монтаж корпуса ТО-3 на печатной плате уменьшат тепловое сопротивление.

В цепях постоянного тока рассеивание буфера легко вычисляется.В цепях переменного тока рассеивание определяется формой волны сигнала и характером нагрузки. Пиковое рассеивание может быть в несколько раз больше среднего при реактивных нагрузках. особенно важно определить рассеивание при работе с большой емкостью нагрузки.

Защита от перегрузки

LT1010 имеет ограничение мгновенного тока и защиту от тепловой перегрузки. Ограничение тока с обратной связью не используется, что позволяет буферу управлять сложными нагрузками без ограничения. Из-за этого он способен рассеивать мощность, превышающую его непрерывные номинальные значения.

Обычно защита от тепловой перегрузки ограничивает рассеяние и предотвращает повреждение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*