Как выбрать двигатель для компрессора

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА КОМПРЕССОРА

При выборе мощности двигателя для компрессора, как и для всех механизмов с продолжительным режимом работы и постоянной нагрузкой, требуемую мощность Рдв двигателя находят по мощности на валу механизма с учётом потерь в промежуточном звене механической передачи.

В зависимости от назначения, мощности и характера производства, где установлены механизмы этой группы, они могут требовать или небольшого, но постоянного подрегулирования производительности при отклонении параметров воздуха от заданных значений, или же регулирования производительности в широких пределах.

Мощность двигателя компрессора определяется по формуле:

где: Q – производительность (подача) компрессора, м 3 /с; А=(Аиа)/2 –работа, Дж/м 3 , изотермического и адиабатического сжатия 1 м 3 атмосферного воздуха давлением ρ1 = 1,01·10 5 Па до требуемого, давления ρ2, Па; для давлений до 10·10 5 Па значения А указаны ниже:

ηк – индикаторный КПД компрессора, учитывающий потери мощности при реальном процессе сжатия воздуха и равный 0,6 – 0,8;

ηп – КПД механической передачи между компрессором и двигателем, его значения лежат в пределах 0,9 – 0,95;

k 3 – коэффициент запаса, равный 1,05 – 1,15 и учитывающий не поддающиеся расчету факторы.

Таким образом, расчетная мощность двигателя равна:

Из литературы [7] (табл. 11.6, с. 269) выбираем двигатель СТД – 1600 – 2УХЛ4, напряжением 10 кВ, с частотой вращения 3000 об/мин.

СТД – синхронный турбодвигатель;

1600 – мощность двигателя, кВт;

2 – число полюсов;

УХЛ4 – климатическое исполнение и категория места размещения.

Для компрессора типичен продолжительный режим работы, поэтому их электроприводы, как правило, нереверсивные с редкими пусками. Также компрессор имеет небольшие пусковые статические моменты – до 20-25% от номинального.

Выбор синхронного двигателя обуславливается несколькими основными причинами:

Во-первых, это жёсткая характеристика синхронных двигателей, то есть при увеличении нагрузки на валу двигателя обороты не изменяются, что очень важно для производительности компрессора.

Во-вторых, при своих габаритах синхронный двигатель имеет гораздо большую мощность по сравнению с асинхронным двигателем.

В-третьих, синхронный двигатель имеют К.П.Д. на 2,5% больше (96,6%), чем у асинхронных двигателей и момент имеет прямо пропорциональную зависимость от напряжения.

Производительность компрессоров можно изменять тремя способами: изменением угловой скорости приводного двигателя, изменением сопротивления магистрали (трубопровода) с помощью задвижки, а также конструктивными изменениями рабочих органов механизма в процессе регулирования.

В-четвёртых, у синхронных двигателей при номинальном токе cos φ = l , а при перевозбуждении двигатель может служить в качестве компенсатора реактивной мощности и повышать cosφ предприятия в целом.

Источник

Выбор электродвигателя для компрессора

Компрессоры широко применяются в быту и промышленности для сжатия воздуха и других газов с целью обеспечения работы пневматического инструмента и иного оборудования. Роль привода компрессорной установки чаще всего выполняет электродвигатель. При проектировании важно правильно подобрать двигатель по ряду критериев. Ниже мы расскажем, как это сделать.

Синхронный или асинхронный?

Как показывает опыт, для использования в составе компрессорных установок наилучшим образом подходят синхронные электродвигатели. Этому есть несколько причин:

  • при одинаковых габаритных размерах синхронные двигатели мощнее асинхронных;
  • при увеличении нагрузки на вал обороты синхронного привода не падают, что позволяет поддерживать высокую производительность компрессора;
  • КПД синхронных электродвигателей на несколько процентов выше, чем асинхронных, что объясняется использованием постоянных магнитов и наличием увеличенного воздушного зазора;
  • возможность работы с коэффициентом мощности вплоть до cosφ=1;
  • при аварийном падении напряжения двигатель сохраняет высокую перегрузочную способность и продолжает надежно работать;
  • при эксплуатации в режиме перевозбуждения синхронные электродвигатели отдают в электросеть реактивную мощность, что сводит к минимуму потери и падения напряжения в ней.

Однако, несмотря на все эти достоинства, синхронные двигатели применяются сравнительно редко, поскольку имеют целый ряд существенных недостатков:

  • сложная конструкция, снижающая надежность;
  • сложная схема запуска, увеличивающая стоимость компрессора и затраты на его обслуживание;
  • сложная система управления оборотами, не позволяющая в полной мере применять плавный пуск и регулировку давления компрессора путем изменения скорости;
  • сравнительно высокая стоимость.
Читайте также:  Хороший или нет двигатель 4g69

Перечисленные недостатки синхронных агрегаты перевешивают их преимущества, поэтому в компрессорах используются надежные, дешевые асинхронные электродвигатели . О них и пойдет речь ниже.

Характеристики электросети

При выборе двигателя необходимо принимать во внимание особенности электросети, в которую он будет включаться. В одних случаях потребуются однофазные модели, рассчитанные на переменный ток напряжением 220 В, в других — трехфазные электродвигатели, работающие от сети 380 В. В настоящее время большинство промышленных компрессоров имеют питание 380 В.

Режим работы

Чаще всего компрессоры работают в продолжительном режиме работы (S1 по ГОСТ). С учётом этого оптимальным выбором становятся нереверсивные электродвигатели, рассчитанные на редкие запуски. Двигатели с режимом работы S1 способны работать продолжительное время без остановки при должном охлаждении.

Пусковой статический момент

Еще один важный фактор, который нужно учитывать — особенности запуска компрессора. Его пусковой статический момент может значительно превышать номинальный, поэтому необходимо располагать точными данными и подбирать электродвигатель, способный привести компрессор в действие с учетом пускового момента.

Указанное обстоятельство имеет значение не только при комплектации компрессора новым двигателем, но и при замене вышедшего из строя привода, особенно при установке однофазной модели вместо трёхфазной. Первая имеет приблизительно в три раза меньший пусковой момент. Таким образом, есть вероятность, что компрессор, который успешно функционировал с трёхфазным двигателем, с однофазным не запустится.

Скорость и охлаждение

Регулировка скорости двигателя в компрессоре имеет смысл в двух случаях:

  • Плавный пуск. Обычно реализуется схемой «звезда-треугольник».
  • Плавный пуск и изменение скорости при работе с целью регулировки и поддержания заданного давления на выходе компрессора. Реализуется применением преобразователя частоты.

Несмотря на то, что в компрессорах электродвигатель работает со скоростью не менее 50% от номинала, при понижении оборотов двигателя с крыльчаткой существенно ухудшается воздушное охлаждение. Поэтому в случае с регулировкой скорости необходимо выбирать агрегат с принудительным охлаждением, в котором есть встроенный вентилятор с отдельным питанием.

Геометрические параметры

Подбирайте двигатель так, чтобы его габариты, диаметр вала и другие геометрические параметры соответствовали тем, которые имеет компрессорная установка. Тогда механические соединения двигателя и компрессора не будут представлять особых сложностей.

Выбор мощности

Как было сказано выше, компрессор — устройство с постоянной нагрузкой и продолжительным режимом работы. Как и для прочих машин с аналогичными характеристиками, требуемая мощность электродвигателя для компрессора определяется по мощности на валу.

Если двигатель будет соединяться с компрессором ременной или шестерёнчатой передачей, необходимо закладывать в расчёты КПД последней. Для этого используется следующая формула:

P = kЗ x (Q x A x 10-3) / (ηК х ηП)

где:
P — требуемая мощность электродвигателя в кВт;
— коэффициент запаса, варьирующийся, как правило, от 1,05 до 1,15. Он необходим, чтобы включить в расчёты факторы, не поддающиеся вычислениям;
Q — подача (производительность) компрессора, выраженная в м3/с;
А — работа адиабатического и изотермического сжатия атмосферного воздуха объёмом 1 м3 до требуемого давления;
ηК — индикаторный КПД компрессора. В этом значении отражается потеря мощности, возникающая при реальном сжатии воздуха. Как правило, оно варьируется от 0,6 до 0,8;
ηП — КПД передачи, соединяющей электродвигатель и компрессор. Как правило, его значение варьируется от 0,9 до 0,95.

Запас мощности

В некоторых случаях компрессор работает с производительностью, превышающей расчётную. Это, как правило, бывает связано с особенностями градации моделей и ограниченной возможностью выбора. Если предполагается эксплуатация устройства в таких условиях, его нужно комплектовать электродвигателем повышенной мощности. Это увеличит ресурс двигателя и создаст запас по мощности для компрессора

Источник

Как правильно подобрать электродвигатель по типу, мощности и другим параметрам

Электродвигатель — механизм, преобразующий энергию электрического тока в кинетическую энергию. Современное производство и быт сложно представить без машин с электроприводом. Они используются в насосном оборудовании, системах вентиляции и кондиционирования, в электротранспорте, промышленных станках различных типов и т.д.

При выборе электродвигателя необходимо руководствоваться несколькими основными критериями:

  • вид электрического тока, питающего оборудование;
  • мощность электродвигателя;
  • режим работы;
  • климатические условия и другие внешние факторы.

Типы двигателей

Электродвигатели постоянного и переменного тока

В зависимости от используемого электрического тока двигатели делятся на две группы:

  • приводы постоянного тока;
  • приводы переменного тока.

Электродвигатели постоянного тока сегодня применяются не так часто, как раньше. Их практически вытеснили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Читайте также:  Лада веста троит двигатель на холостых

Главный недостаток электродвигателей постоянного тока — возможность эксплуатации исключительно при наличии источника постоянного тока или преобразователя переменного напряжения в постоянный ток. В современном промышленном производстве обеспечение данного условия требует дополнительных финансовых затрат.

Тем не менее, при существенных недостатках этот тип двигателей отличается высоким пусковым моментом и стабильной работой в условиях больших перегрузок. Приводы данного типа чаще всего применяются в металлургии и станкостроении, устанавливаются на электротранспорт.

Принцип работы электродвигателей переменного тока построен на электромагнитной индукции, возникающей в процессе движения проводящей среды в магнитном поле. Для создания магнитного поля используются обмотки, обтекаемые токами, либо постоянные магниты.

Электродвигатели переменного тока подразделяются на синхронные и асинхронные. У каждой подгруппы есть свои конструктивные и эксплуатационные особенности.

Синхронные электродвигатели

Синхронные двигатели — оптимальное решение для оборудования с постоянной скоростью работы: генераторов постоянного тока, компрессоров, насосов и др.

Технические характеристики синхронных электродвигателей разных моделей отличаются. Скорость вращения колеблется в диапазоне от 125 до 1000 оборотов/мин, мощность может достигать 10 тысяч кВт.

В конструкции приводов предусмотрена короткозамкнутая обмотка на роторе. Ее наличие позволяет осуществлять асинхронный пуск двигателя. К преимуществам оборудования данного типа относятся высокий КПД и небольшие габариты. Эксплуатация синхронных электродвигателей позволяет сократить потери электричества в сети до минимума.

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные электродвигатели переменного тока получили наибольшее распространение в промышленном производстве. Особенностью данных приводов является более высокая частота вращения магнитного поля по сравнению со скоростью вращения ротора.

В современных двигателях для изготовления ротора используется алюминий. Легкий вес этого материала позволяет уменьшить массу электродвигателя, сократить себестоимость его производства.

КПД асинхронного двигателя падает почти вдвое при эксплуатации в режиме низких нагрузок — до 30-50 процентов от номинального показателя. Еще один недостаток таких электроприводов состоит в том, что параметры пускового тока почти втрое превышают рабочие показатели. Для уменьшения пускового тока асинхронного двигателя используются частотные преобразователи или устройства плавного пуска.

Асинхронные электродвигатели удовлетворяют требованиям разных промышленных применений:

  • Для лифтов и другого оборудования, требующего ступенчатого изменения скорости, выпускаются многоскоростные асинхронные приводы.
  • При эксплуатации лебедок и металлообрабатывающих станков используются электродвигатели с электромагнитной тормозной системой. Это обусловлено необходимостью остановки привода и фиксации вала при перебоях напряжения или его исчезновения.
  • В процессах с пульсирующей нагрузкой или при повторно-кратковременных режимах могут использоваться асинхронные электродвигатели с повышенными параметрами скольжения.

Вентильные электродвигатели

Группа вентильных электродвигателей включает в себя приводы, в которых регулирование режима эксплуатации осуществляется посредством вентильных преобразователей.

К преимуществам данного оборудования относятся:

  • Высокий эксплуатационный ресурс.
  • Простота обслуживания за счет бесконтактного управления.
  • Высокая перегрузочная способность, которая в пять раз превышает пусковой момент.
  • Широкий диапазон регулирования частоты вращения, который почти вдвое выше диапазона асинхронных электродвигателей.
  • Высокий КПД при любой нагрузке – более 90 процентов.
  • Небольшие габариты.
  • Быстрая окупаемость.

Мощность электродвигателя

В режиме постоянной или незначительно изменяющейся нагрузки работает большое количество механизмов: вентиляторы, компрессоры, насосы, другая техника. При выборе электродвигателя необходимо ориентироваться на потребляемую оборудованием мощность.

Определить мощность можно расчетным путем, используя формулы и коэффициенты, приведенные ниже.

Мощность на валу электродвигателя определяется по следующей формуле:

где:
Рм — потребляемая механизмом мощность;
ηп — КПД передачи.

Номинальную мощность электродвигателя желательно выбирать больше расчетного значения.

Формула расчета мощности электродвигателя для насоса

где:
K3 — коэффициента запаса, он равен 1,1-1,3;
g — ускорение свободного падения;
Q — производительность насоса;
H — высота подъема (расчетная);
Y — плотность перекачиваемой насосом жидкости;
ηнас — КПД насоса;
ηп — КПД передачи.

Давление насоса рассчитывается по формуле:

Формула расчета мощности электродвигателя для компрессора

Мощность поршневого компрессора легко рассчитать по следующей формуле:

где:
Q — производительность компрессора;
ηk — индикаторный КПД поршневого компрессора (0,6-0,8);
ηп — КПД передачи (0,9-0,95);
K3 — коэффициент запаса (1,05 -1,15).

Значение A можно рассчитать по формуле:

или взять из таблицы

Формула расчета мощности электродвигателя для вентиляторов

где:
K3 — коэффициент запаса.
Его значения зависят от мощности двигателя:

  • до 1 кВт — коэффициент 2;
  • от 1 до 2 кВт — коэффициент 1,5;
  • 5 и более кВт — коэффициент 1,1-1,2.

Q — производительность вентилятора;
H — давление на выходе;
ηв — КПД вентилятора;
ηп — КПД передачи.

Приведенная формула используется для расчета мощности осевых и центробежных вентиляторов. КПД центробежных моделей равен 0,4-0,7, а осевых вентиляторов — 0,5-0,85.

Читайте также:  Двигатель камаза реферат работа

Остальные технические характеристики, необходимые для расчета мощности двигателя, можно найти в каталогах для каждого типа механизмов.

Важно! При выборе электродвигателя запас мощности должен быть, но небольшой. При значительном запасе мощности снижается КПД привода. В электродвигателях переменного тока это приводит еще и к снижению коэффициента мощности.

Пусковой ток электродвигателя

Зная тип и номинальную мощность электродвигателя, можно рассчитать номинальный ток.

Номинальный ток электродвигателей постоянного тока

Номинальный ток трехфазных электродвигателей переменного тока

где:
PH — номинальная мощность электродвигателя;
UH — номинальное напряжение электродвигателя,
ηH — КПД электродвигателя;
cos φ H — коэффициент мощности электродвигателя.

Номинальные значения мощности, напряжения и КПД можно найти в технической документации на конкретную модель электродвигателя.

Зная значение номинального тока, можно рассчитать пусковой ток.

Формула расчета пускового тока электродвигателей

где:
IH — номинальное значение тока;
Кп — кратность постоянного тока к номинальному значению.

Пусковой ток необходимо рассчитывать для каждого двигателя в цепи. Зная эту величину, легче подобрать тип автоматического выключателя для защиты всей цепи.

Режимы работы электродвигателей

Режим работы определяет нагрузку на электродвигатель. В некоторых случаях она остается практически неизменной, в других может изменяться. Характер предполагаемой нагрузки обязательно учитывается при выборе двигателя. Действующими стандартами предусмотрены следующие режимы эксплуатации:

Режим S1 (продолжительный). При таком режиме эксплуатации нагрузка остается постоянной в течение всего времени, пока температура электродвигателя не достигнет необходимого значения. Мощность привода рассчитывается по формулам, приведенным выше.

Режим S2 (кратковременный). При эксплуатации в этом режиме температура двигателя в период его включения не достигает установившегося значения. За время отключения электродвигатель охлаждается до температуры окружающей среды. При кратковременном режиме эксплуатации необходимо проверять перегрузочную способность электропривода.

Режим S3 (периодически-кратковременный). Электродвигатель работает с периодическими отключениями. В периоды включения и отключения его температура не успевает достигнуть заданного значения или охладиться до температуры окружающей среды. При расчете мощности двигателя обязательно учитывается продолжительность пауз и потерь в переходные периоды. При выборе электродвигателя важным параметром является допустимое количество включений за единицу времени.

Режимы S4 (периодически-кратковременный, с частыми пусками) и S5 (периодически-кратковременный с электрическим торможением). В обоих случаях работа двигателя рассматривается по тем же параметрам, что и в режиме эксплуатации S3.

Режим S6 (периодически-непрерывный с кратковременной нагрузкой). Работа электродвигателя в данном режиме предусматривает эксплуатацию под нагрузкой, чередующуюся с холостым ходом.

Режим S7 (периодически-непрерывный с электрическим торможением)

Режим S8 (периодически-непрерывный с одновременным изменением нагрузки и частоты вращения)

Режим S9 (режим с непериодическим изменением нагрузки и частоты вращения)

Большинство моделей современных электроприводов, эксплуатируемых продолжительное время, адаптированы к изменяющемуся уровню нагрузки.

Климатические исполнения электродвигателей

При выборе электродвигателя учитываются не только его технические характеристики, но и условия окружающей среды, в которых он будет эксплуатироваться.

Современные электроприводы выпускаются в разных климатических исполнениях. Категории маркируются соответствующими буквами и цифрами:

  • У — модели для эксплуатации в умеренном климате;
  • ХЛ — электродвигатели, адаптированные к холодному климату;
  • ТС — исполнения для сухого тропического климата;
  • ТВ — исполнения для влажного тропического климата;
  • Т — универсальные исполнения для тропического климата;
  • О — электродвигатели для эксплуатации на суше;
  • М — двигатели для работы в морском климате (холодном и умеренном);
  • В — модели, которые могут использоваться в любых зонах на суше и на море.

Цифры в номенклатуре модели указывают на тип ее размещения:

  • 1 — возможность эксплуатации на открытых площадках;
  • 2 — установка в помещениях со свободным доступом воздуха;
  • 3 — эксплуатация в закрытых цехах и помещениях;
  • 4 — использование в производственных и других помещениях с возможностью регулирования климатических условий (наличие вентиляции, отопления);
  • 5 — исполнения, разработанные для эксплуатации в зонах повышенной влажности, с высоким образованием конденсата.

Энергоэффективность

Рациональное потребление энергии при сохраняющейся высокой мощности сокращает текущие производственные затраты при одновременном увеличении производительности электродвигателя. Поэтому при выборе привода обязательно учитывается класс энергоэффективности.

В технической документации и каталогах обязательно указывается класс энергоэффективности двигателя. Он зависит от показателя КПД.

Проводимые в тестовом и рабочем режимах экспериментальные исследования показывают, что электродвигатель мощностью 55 кВт высокого класса энергоэффективности сокращает потребление электроэнергии на 8-10 тысяч кВт ежегодно.

Источник: Компания «Техпривод»

Источник

Adblock
detector