3.3 Предварительный выбор двигателя по мощности

Производитель данных насосов рекомендует использовать в качестве привода насоса электродвигатели серии 5А, 5АИ, АИР и согласно таблице 3.1 для насоса 1К-150-125-315б необходим электродвигатель мощностью 18,5 кВт. Однако в качестве учебных целей и проверки достоверности данной информации, рассчитаем требуемую мощность электродвигателя.

Мощность электродвигателя для насоса определяется по формуле:

(3.14)

где

k_з- коэффициент запаса, принимаемый 1,1-1,3 в зависимости от мощности электродвигателя. Примемk_з=1,1;

ƞ_нас- КПД насоса;

ƞ_п- КПД передачи. Т.к. у нас вал АД соединен жестко с валом насоса с помощью муфты, то ƞ_п=1.

Подставим данные в (3.14) и рассчитаем требуемую расчетную мощность электродвигателя:

Вт.

3.4 Выбор номинальной скорости и типоразмера двигателя. Построение характеристики М_доп=f(ω), гдеω_мин≤ ω≤ ω_макс

Выбор электродвигателя будем осуществлять по условию:

Р_{ЭД ном}≥Р_ЭД. (3.15)

В соответствии со стандартным рядом мощностей электродвигателей, ближайшей мощностью к рассчитанной в пункте 3.3, является мощность 18,5кВт, что собственно и подтверждает расчеты производителя насосов. Учитывая, что данный насос рассчитан на номинальную частоту вращения 1450об/мин (таблица 3.1), из [4], выбираем электродвигатель 5А160М4, со степенью защиты IP54. Параметры электродвигателя 5А160М4 указаны в таблице 3.5[4]:

Таблица 3.5 - Параметры электродвигателя 5А160М4

Допустимый по условиям нагрева момент регулируемого самовентилируемого асинхронного электродвигателя рассчитывается, исходя из уравнения теплового равновесия для данной угловой скорости ω и может быть найден по следующей формуле, которую можно получить после ряда преобразований уравнения теплового равновесия:

(3.16)

где

μ_доп− допустимый момент в относительных единицах;

− относительная частота, гдеf₁- текущая частота,f_1ном=50 Гц − номинальная частота;

− коэффициенты, определяемые по следующим выражениям:

(3.17)

где

β_o− коэффициент охлаждения при ω=0, обычно для закрытых АД исполненияIP44-IP54β_o≈0,5;

ΔP_ном− номинальные потери АД, определяемые как:

(3.18)

Р_ном, ƞ_ном− номинальная мощность и номинальный КПД электродвигателя;

ΔP_{μ ном}− потери в обмотке статора от тока намагничивания, которые рассчитываются по формуле:

(3.19)

(3.20)

R₁− активное сопротивление обмотки статора;

I_{1 ном}− номинальный фазный ток статора;

ΔP_{пер.ном.}− переменные потери мощности 3-фазного АД, вычисляемые по формуле [3]:

(3.21)

k_з,m− коэффициент, соответствующий максимальному к.п.д. АД;

ΔP_ст.ном.− номинальные потери в стали, которые можно принять равными:

(3.22)

ΔP_мх.ном.− номинальные механические потери, которые можно принят равными:

(3.23)

Рассчитаем все необходимые потери. Подставим данные в (3.18) и найдем номинальные потери АД:

При k_з,т.=0,9, подставив значения в (3.21) получим:

Подставив значение ΔP_номв (3.22) и (3.23) найдем потери в стали и номинальные механические потери:

Подставив значения в (3.20) получим:

Для того чтобы найти ΔP_μ, сперва необходимо найти активное сопротивление статораR₁, которое определим используя методику, приведенную в методическом пособии [5], с помощью следующих формул:

(3.24)

где

S_ном− номинальное скольжение;

− переменные номинальные потери мощности в обмотках статора;

− переменные номинальные потери мощности в роторе;

М₀− момент холостого хода;

М_{э. ном.}− электромагнитный номинальный момент.

Подставим полученные значения в (3.19) и найдем ΔP_{μ ном}:

Подставим полученные значения в (3.17) и определим коэффициенты:

В связи с тем, что определение коэффициентов в уравнении теплового равновесия связано с параметрами, которые не всегда точно известны, для непротиворечивых результатов решения уравнения относительно μ необходимо проверить условие для номинального режима при θ₀ = +40ºС, т.е. при μ=1 и α=1 необходимо, чтобы соблюдалось равенство

(3.25)

из которого целесообразно найти

(3.26)

при уже известных коэффициентах ,и.

Подставив полученные коэффициенты в формулу (3.13) получим выражение, для нахождения допустимого момента электродвигателя в диапазоне работы.

(3.27)

С помощью программы MicrosoftOfficeExcel2007 рассчитаем и построим график зависимости допустимого момента от угловой скорости в относительных единицах. Расчеты зависимости допустимого момента от угловой скорости и график представлены в таблице 3.6 и на рисунке 3.5 соответственно.

Таблица 3.6 - Расчет зависимости допустимого момента от угловой скорости в относительных единицах

Окончание таблицы 3.6

В связи с тем, что статический момент насосной установки зависит от скорости, то с уменьшением скорости будет уменьшаться статический момент и соответственно повышается допустимый по условиям нагрева момент. Расчетная зависимость μ_доп=f(α) подтверждает это.

Рисунок 3.6 - Зависимость относительного допустимого момента μ_допот относительной частоты α

3.5 Построение нагрузочной диаграммы электропривода М=f(t)за цикл работы.

Нагрузочная диаграмма электропривода представляет собой зависимость электромагнитного момента от времени. МНЛЗ - это установка, которая работает в длительном режиме без каких-либо изменений нагрузки для электропривода насосной установки и соответственно электромагнитный момент на протяжении длительного времени постоянный. Необходимость применения регулируемого электропривода в насосной установке обуславливается тем, что МНЛЗ может производить заготовки различного размера и формы, а следовательно для разных заготовок требуется разный объем подачи воды, что экономически обуславливает применение в этой установке регулируемого электропривода.

Изучив техническую литературу по производству различных слябов, примем необходимый расход воды для охлаждения 300м³/ч. При таком расходе воды в нашей системе будут одновременно работать 2 насосные установки. При параллельном включении турбомеханизмов, имеющих одинаковыеQ(H) характеристики, производится суммирование расходов при одинаковом напоре. Первый электропривод будет работать в номинальном режиме от сети и обеспечивать номинальную подачу 200м³/ч, с рабочим моментом М_р1=92,25Н·м (Таблица 3.4). Второй электропривод будет работать от ПЧ и обеспечит подачу 100м³/ч.

Для построения нагрузочной диаграммы, необходимо рассчитать момент, развиваемый вторым электроприводом. Учитывая тот факт, что статический напор в трубопроводе уже преодолен первой насосной установкой, для расчета рабочего момента будем использовать формулы без статического напора.

Рабочий момент найдем по формуле (3.9). В теории турбомеханизмов, в сетях без статического напора, есть следующая пропорция [6]:

(3.28)

где

ω_р- рабочая угловая скорость электродвигателя;

Q_р- рабочий расход.

Подставим значения в (3.9) рассчитаем рабочий момент:

Рисунок 3.7 - Нагрузочные диаграммы электроприводов насосной установки для охлаждения машины непрерывного литья заготовок