Selección de motores eléctricos para equipos con diferentes tipos de carga y modos de funcionamiento

La selección correcta de motores eléctricos para los mecanismos de producción garantiza su funcionamiento continuo y fiable durante toda la vida útil estándar. Este es un proceso muy importante en el que se deben considerar muchos factores y criterios diferentes. Uno de los factores más importantes es la consideración de la naturaleza y tipo de la carga.

Aquí están todos los criterios a considerar al elegir: Cómo elegir el motor eléctrico adecuado

Al elegir motores eléctricos para varias máquinas, instalaciones y máquinas, es necesario tener en cuenta los diferentes tipos de carga, el tipo de características mecánicas, la naturaleza y la duración de los ciclos de trabajo de estos mecanismos.

Sabiendo cómo cambiará la carga en el eje del motor eléctrico seleccionado, es posible determinar con precisión cómo cambiarán las pérdidas de potencia durante el funcionamiento y, gracias a esto, elegir un motor eléctrico que, trabajando con una carga dada, no se sobrecaliente. . La temperatura máxima de calentamiento del aislamiento del motor eléctrico no superará el valor admisible durante todo el ciclo de trabajo.

La selección incorrecta de los motores eléctricos de los mecanismos de producción conduce a la interrupción de los procesos de producción y provoca pérdidas de productos fabricados y costos adicionales de electricidad.

Los equipos eléctricos con motores eléctricos deben cumplir plenamente con los requisitos del proceso tecnológico.

La elección de uno de los tipos de motores eléctricos del catálogo se considera correcta si se cumplen las siguientes condiciones:

• la correspondencia más completa del motor eléctrico con la máquina de trabajo (mecanismo de accionamiento) en términos de propiedades mecánicas. Esto significa que el motor eléctrico debe tener una característica mecánica tal que pueda proporcionar al accionamiento los valores necesarios de velocidad y aceleración en estado estacionario y transitorio;

• uso máximo de la potencia del motor eléctrico en todos los modos de funcionamiento. La temperatura de todas las partes activas del motor eléctrico en los modos de funcionamiento más severos debe estar lo más cerca posible de la temperatura de calentamiento permitida, pero no excederla;

• compatibilidad del motor eléctrico con el accionamiento y condiciones ambientales en términos de diseño;

• Cumplimiento del motor eléctrico con los parámetros de la fuente de alimentación.

Para elegir un motor eléctrico se requieren los siguientes datos:

• tipo y nombre del mecanismo de accionamiento;

• potencia máxima en el eje, si el modo de funcionamiento es continuo y la carga es constante, y en los demás casos, gráficas de cambios de potencia o momento de resistencia del eje en función del tiempo;

• frecuencia rotacional (o rango de frecuencia rotacional) del eje impulsor;

• método de articulación del mecanismo de accionamiento con el eje del motor eléctrico (en presencia de transmisiones cinemáticas, se indica el tipo de transmisión y la relación de transmisión);

• la cantidad de par de arranque que el motor eléctrico debe proporcionar al eje de transmisión;

• límites de regulación de velocidad (valores superior e inferior y valores de potencia y par correspondientes);

• calidad requerida (suavidad, gradación) del control de velocidad;

• frecuencia de activación de la unidad dentro de una hora;

• características del medio exterior.

La selección de un motor eléctrico basada en la consideración de todas las condiciones y datos nominales se lleva a cabo de acuerdo con los catálogos.

Los posibles modos de funcionamiento de los accionamientos eléctricos se distinguen por una gran variedad en términos de naturaleza y duración de los ciclos, valores de carga, condiciones de refrigeración, relación de pérdidas de arranque y funcionamiento suave, etc., por lo que la producción de motores eléctricos para cada de los posibles modos de funcionamiento de un accionamiento eléctrico no tiene ningún sentido práctico.

Con base en el análisis de los modos reales, se identifica una clase especial de modos: modos nominales, para los cuales se diseñan y fabrican motores en serie.

Los datos contenidos en el pasaporte de una máquina eléctrica se refieren a un determinado modo nominal y se denominan datos nominales de una máquina eléctrica.

Los fabricantes garantizan que cuando el motor eléctrico funciona en modo nominal con carga nominal, se utiliza térmicamente por completo.

El GOST actual proporciona 8 modos nominales que, de acuerdo con la clasificación internacional, tienen los símbolos S1 — S8.

Servicio continuo S1: operación de la máquina con una carga constante durante un tiempo suficiente para lograr una temperatura constante en todas sus partes.

Servicio a corto plazo S2: funcionamiento de la máquina con una carga constante durante un tiempo insuficiente para que todas las partes de la máquina alcancen la temperatura establecida, seguido de parada de la máquina durante un tiempo suficiente para enfriar la máquina a una temperatura no superior a 2 °C de la temperatura ambiente. Para trabajos a corto plazo, la duración del período de trabajo es de 15, 30, 60, 90 minutos.

Servicio intermitente S3: una secuencia de ciclos de trabajo idénticos, cada uno de los cuales incluye el tiempo de operación de carga continua durante el cual la máquina no se calienta a la temperatura establecida y el tiempo de estacionamiento durante el cual la máquina no se enfría a la temperatura ambiente.

En este modo, el ciclo de trabajo es tal que la corriente de irrupción no afecta significativamente el aumento de temperatura. El tiempo de ciclo es insuficiente para lograr el equilibrio térmico y no supera los 10 minutos. La moda se caracteriza por el valor de la duración de la inclusión en porcentajes:

Los motores producidos por la industria para este modo de funcionamiento se caracterizan por un ciclo de trabajo (PV), que se define por la duración de un ciclo de trabajo

donde tp es el tiempo de funcionamiento del motor; tp — tiempo de pausa.

Valores estandarizados de la duración de la inclusión: 15, 25, 40, 60% o valores relativos de la duración del período de trabajo: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60. Para el modo S3, los datos nominales solo corresponden a un determinado ciclo de trabajo y se refieren al período de trabajo.

Los modos S1 — S3 son actualmente los principales, cuyos datos nominales son incluidos por las fábricas locales de vehículos eléctricos en los catálogos y pasaporte de la máquina.

Lea más sobre esto aquí: Modos de funcionamiento de los motores eléctricos.

Para una selección razonable del motor en términos de potencia, es necesario saber cómo cambia la carga del eje del motor con el tiempo, lo que a su vez permite evaluar la naturaleza del cambio en las pérdidas de potencia.

Además, es necesario establecer cómo procede el proceso de calentamiento del motor como resultado de la liberación de pérdidas de energía en el mismo. Este enfoque le permite elegir el motor de tal manera que la temperatura máxima del aislamiento del devanado no exceda el valor permitido. Esta condición es una de las principales para garantizar el funcionamiento fiable del motor durante toda su vida útil.

La elección de la potencia del motor eléctrico debe hacerse de acuerdo con la naturaleza de las cargas en la máquina de trabajo. Este carácter se evalúa por dos motivos:

• según el modo nominal de funcionamiento;

• a través de cambios en la cantidad de energía consumida.

La potencia del motor debe cumplir tres condiciones:

• calentamiento normal durante el funcionamiento;

• suficiente capacidad de sobrecarga;

• par de arranque suficiente.

La elección de motores eléctricos con los llamadosLa "reserva de potencia", basada en la mayor carga posible de acuerdo con el cronograma, conduce a la subutilización del motor eléctrico y, por lo tanto, a mayores costos de capital y costos operativos debido a la reducción de los factores de potencia y la eficiencia. El aumento excesivo de la potencia del motor también puede provocar tirones durante la aceleración.

Si el motor eléctrico debe funcionar durante mucho tiempo con una carga constante o ligeramente cambiante, determinar su potencia no es difícil y se lleva a cabo de acuerdo con las fórmulas. Es mucho más difícil elegir la potencia de los motores eléctricos en otros modos de operación.

La carga a corto plazo se caracteriza por el hecho de que los períodos de inclusión son cortos y las pausas son suficientes para el enfriamiento completo del motor eléctrico. En este caso, se supone que la carga del motor eléctrico durante los períodos de conmutación permanece constante o casi constante.

Para que el motor eléctrico se utilice correctamente para calentar en este modo, es necesario elegirlo de modo que su potencia continua (indicada en los catálogos) sea inferior a la potencia correspondiente a la carga a corto plazo, es decir el motor eléctrico tiene una sobrecarga térmica durante los períodos de su funcionamiento a corto plazo...

Si los períodos de funcionamiento del motor eléctrico son significativamente menores que el tiempo requerido para su calentamiento completo, pero las pausas entre los períodos de encendido son significativamente más cortas que el tiempo de enfriamiento completo, entonces se repite la carga a corto plazo.

Cálculo de potencia y selección de motores para funcionamiento continuo

Con una carga del eje constante o ligeramente variable, la potencia del motor solo debe superar ligeramente la potencia de la carga.En este caso, se debe cumplir la condición

Pn ≥ P,

donde Pn es la potencia nominal del motor; P — potencia de carga. Elegir un motor se reduce a elegirlo del catálogo.

Selección de la potencia del motor para funcionamiento continuo. Si el par y la potencia del mecanismo de producción no cambian, se debe seleccionar un motor con una potencia nominal Pn igual a la potencia de la carga, teniendo en cuenta las pérdidas en la transmisión (caja de cambios):

Pn ≥ Pm /ηt, W

donde ηt es la eficiencia de la transmisión (caja de cambios).

En un momento dado de resistencia del mecanismo de accionamiento Ms, N ∙ m y la frecuencia de rotación del eje de salida de la caja de cambios n2, rpm

Pm = Mc ∙ ω2, W

donde ω2 = 2π ∙ n2 / 60, rad / s

Para algunos mecanismos de producción que funcionan en modo continuo con un momento constante de resistencia del eje, existen fórmulas aproximadas para determinar la potencia de los motores.

Cálculo de potencia y selección de motor para carga a corto plazo

Los motores para la operación a corto plazo del accionamiento eléctrico se seleccionan de acuerdo con su potencia nominal, que debe ser igual a la potencia de carga, teniendo en cuenta la duración de la operación. Los valores estándar permitidos para motores producidos por la industria para operación a corto plazo son 10, 30, 60, 90 minutos.

En ausencia de motores de servicio intermitente, se pueden instalar motores de servicio intermitente. En este caso, un tiempo de ejecución de 30 minutos corresponde a un ciclo de trabajo = 15 %, 60 minutos corresponde a un ciclo de trabajo = 25 % y 90 minutos corresponde a un ciclo de trabajo = 40 %.Como último recurso, es posible utilizar motores para funcionamiento continuo con Pn < P y su posterior verificación de las condiciones térmicas.

Cálculo de potencia y selección de motores para carga intermitente

Para un accionamiento eléctrico que funciona en modo intermitente, la potencia del motor se calcula utilizando el método de pérdida media o valores equivalentes. El primer método es más preciso, pero requiere más mano de obra. Es más conveniente usar el método de valores equivalentes.Dependiendo del programa de carga dado P = f (t), M = f (t), I = f (t), se determinan los valores cuadrados medios, que son llamado equivalente.

La potencia equivalente es la potencia RMS del diagrama de carga

donde t1, t2, …, tk — intervalos de tiempo en los que la potencia de carga es igual a P1, P2, …, Pk, respectivamente.

Según el catálogo, para los valores obtenidos de Reqv y PV, la potencia nominal del motor se selecciona de la condición Pn ≥ REKV.

Si se da el diagrama M = f (t), entonces el momento equivalente

y la potencia equivalente a la velocidad n viene dada por la expresión

Req = Meq • n/9550 (kW).

Si se da el diagrama I = f (t), la corriente del equivalente de calefacción

El valor calculado de PVr a menudo difiere de los valores estándar, por lo tanto, el valor obtenido de PVr se redondea al valor estándar más cercano o la potencia equivalente se vuelve a calcular usando la fórmula

Durante el funcionamiento se observan sobrecargas de corta duración que superan la potencia nominal del motor. No afectan significativamente el calentamiento de los motores, pero pueden provocar un funcionamiento incorrecto o un bloqueo. Por lo tanto, se debe verificar la capacidad de sobrecarga del motor de acuerdo con la expresión

Pm / Pn = ku ∙ Mm / Mn,

donde Pm es la potencia más alta en el diagrama de carga; Mm / Mn: el múltiplo del par máximo está determinado por el catálogo; el coeficiente ku = 0,8 tiene en cuenta la posible caída de tensión en la red.

Si no se cumple esta condición, entonces se debe seleccionar un motor con una potencia mayor del catálogo y verificar nuevamente la capacidad de sobrecarga.

Ver también sobre este tema: Selección de un motor para funcionamiento intermitente

La industria produce una serie de motores de carga intermitente:

• grúas asíncronas con rotor de ardilla en la serie MTKF y con rotor de fase en la serie MTF;

• series metalúrgicas similares MTKN y MTN;

• CC serie D.

Las máquinas de la serie especificada se caracterizan por la forma de un rotor alargado (ancla), que proporciona una reducción del momento de inercia. Para reducir las pérdidas liberadas en el devanado del estator durante los transitorios, los motores de las series MTKF y MTKN tienen un deslizamiento nominal aumentado snom = 7 ÷ 12%. La capacidad de sobrecarga de los motores de las series de grúas y metalúrgicas es de 2,3 — 3 en ciclo de trabajo = 40 %, lo que en ciclo de trabajo = 100 % corresponde a λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.