Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Расчет мощности и выбор электродвигателей приводов общепромышленных механизмов и прокатных станов

Покупка
Артикул: 750774.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Данное пособие соответствует программе курсов “Электрооборудование цехов ОМД” и “Электропривод металлургических машин”. В нем приведены краткие сведения о режимах работы электродвигателей по условиям нагрева, цикличности работы и продолжительности включения. Приведены формулы для расчета мощности двигателей часто встречающихся производственных механизмов: насосов, вентиляторов, подъемных механизмов, конвейеров, моталок и др. Достаточно подробно рассмотрены методики расчета мощности двигателей реверсивных прокатных станов, листовых станов горячей и холодной прокатки. Основные теоретические положения и инженерные методики для лучшего усвоения иллюстрируются цифровыми примерами. Пособие содержит технические данные электродвигателей, выпускаемых в настоящее время в России или снятых с производства, но используемых в металлургических цехах. Данное пособие предназначено для оказания помощи студентам специальностей 1106 и 1703 при выполнении электротехнической части дипломного проекта и может быть использовано на практических занятиях по электрооборудованию и электроприводу
Фединцев, В. Е. Расчет мощности и выбор электродвигателей приводов общепромышленных механизмов и прокатных станов : учебно-методическое пособие / В. Е. Фединцев, Ф. И. Маняхин. - Москва : ИД МИСиС, 2002. - 59 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1221134 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
№ 1284 
московский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС С^ 

Кафедра электротехники и микропроцессорной электроники 

В.Е. Фединцев, Ф.И. Маняхин 

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР 

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 

ПРИВОДОВ ОБЩЕПРОМЫШЛЕННЫХ 

МЕХАНИЗМОВ И ПРОКАТНЫХ СТАНОВ 

Учебно-методическое пособие 

для студентов специальностей 1106 и 1703 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института 

МОСКВА 2002 

Отпечатано в типографии Издательства «Учеба» МИСиС, 
117419, Москва, ул. Орджоникидзе, 8/9 
ЛР №01151 от 11.07.01 

УДК 621.3 
Ф32 

Ф32 
Фединцев В.Е., Маняхин Ф.И. Расчет мощности и выбор электродвигателей приводов общепромышленных механизмов и прокатных станов: Учеб.-метод. пособие. – М.: МИСиС, 2002. – 59 с. 

Данное пособие соответствует 
программе курсов “Электрооборудование цехов ОМД” и “Электропривод металлургических машин”. 

В нем приведены краткие сведения о режимах работы электродвигателей по условиям нагрева, цикличности работы и продолжительности 
включения 

Приведены формулы для расчета мощности двигателей часто встречающихся производственных механизмов: насосов, вентиляторов, подъемных механизмов, конвейеров, моталок и др. 

Достаточно подробно рассмотрены методики расчета мощности 
двигателей реверсивных прокатных станов, листовых станов горячей и холодной прокатки. 

Основные теоретические положения и инженерные методики для 
лучшего усвоения иллюстрируются цифровыми примерами. 

Пособие содержит технические данные электродвигателей, выпускаемых в настоящее время в России или снятых с производства, но используемых в металлургических цехах. 

Данное пособие предназначено для оказания помощи студентам 
специальностей 1106 и 1703 при выполнении электротехнической части дипломного проекта и может быть использовано на практических занятиях по 
электрооборудованию и электроприводу. 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
5 

1. Режимы работы и выбор мощности двигателей 
6 

1.1. Выбор рода тока и типа электродвигателя 
6 

1.2. Режимы работы электродвигателей по нагреву 
9 

1.3. Выбор мощности двигателя при продолжительном режиме 
работы 
11 

1.4. Выбор мощности двигателей для механизма с постоянной 
нагрузкой 
12 

1.5. Расчет и выбор мощности электродвигателей волочильных 
станов 
13 

1.6. Выбор мощности двигателя для продолжительного 
режима работы с резкопеременной нагрузкой 
14 

Задачи 
16 

2. Расчет мощности двигателя главного привода реверсивного 
прокатного стана 
23 

2.1. Общие положения 
23 

2.2. Расчет и построение графика скоростей 
23 

2.3. Расчет и построение нагрузочных диаграмм 
электродвигателя 
27 

2.3.1. Разгон привода вхолостую 
28 

2.3.2. Разгон привода с металлом в валках 
28 

2.3.3. Момент двигателя при прокатке на установившейся 
скорости 
29 

2.3.4. Торможение привода с металлом в валках 
29 

2.3.5. Торможение привода на холостом ходу 
30 

2.4. Проверка двигателя по нагреву 
30 

2.5. Проверка двигателя на перегрузочную способность 
31 

3. Расчет главного привода непрерывного стана холодной 
прокатки листа 
32 

3.1. Расчет скоростного режима прокатки 
32 

3.2. Расчет нагрузочной диаграммы моментов 
36 

3.3. Проверка двигателя по нагреву 
37 

3.4. Проверка двигателя на перегрузочную способность 
38 

4. Расчет главного привода непрерывного стана горячей прокатки 

листа 
39 

4.1. Расчет скоростного режима прокатки 
39 

3 

4.1.1. Общие положения 
39 

4.1.2. Расчет скоростного режима прокатки 12-й клети 
39 

4.1.3. Расчет скоростного режима прокатки 6-й клети 
41 

4.2. Расчет нагрузочной диаграммы моментов 
43 

4.3. Проверка двигателя по нагреву 
45 

4.4. Проверка двигателя на перегрузочную способность 
45 

Рекомендуемая литература 
46 

Приложение 1 
47 

Приложение 2 
49 

Приложение 3 
51 

Приложение 4 
53 

Приложение 5 
55 

Приложение 6 
56 

Приложение 7 
58 

4 

ВВЕДЕНИЕ 

Современные металлургические цеха представляют собой 
сложный комплекс механического и электрического оборудования. 
Следует отметить, что в цехах по обработке металлов давлением 
имеется большое количество электроприводов. Так, например, на 
непрерывном 
широкополосном 
стане 2000 горячей 
прокатки 
установлено около 2000 электродвигателей. 

В 
связи 
с 
этим 
выбор 
оптимальной 
мощности 
и 
рационального 
конструктивного 
исполнения 
электродвигателей 
производственных механизмов является весьма 
ответственным 
этапом их создания, так как он в итоге определяет капитальные и 
эксплуатационные затраты, а также энергетические показатели 
электропривода и установки в целом. Выбор электродвигателя 
заниженной мощности приводит к снижению производительности 
исполнительного механизма и срока службы двигателя вследствие 
повышенного 
нагрева 
обмоток. Применение 
электродвигателя 
завышенной мощности приводит к снижению его коэффициента 
полезного действия, коэффициента мощности, а следовательно, к 
увеличению 
потерь 
и 
потребляемой 
электрической 
энергии, 
удорожанию производственной установки в целом. 

Правильно выбранный двигатель обеспечивает заданный 
технологический процесс при соблюдении нормального пуска, 
нагрева и допустимой механической перегрузки. 

В 
некоторых 
случаях 
технологическое 
оборудование 
поставляется комплектно с электродвигателями. Вместе с тем, 
проектировщику часто приходится выбирать тип и мощность 
электродвигателя для привода исполнительного механизма. Для 
некоторых 
механизмов 
с 
длительным 
характером 
нагрузки 
(например насосы, вентиляторы, компрессоры и др.) определение 
мощности производится по соответствующим расчетным формулам. 

Для механизмов с резкопеременной нагрузкой (прокатные 
станы) предварительно выбирают двигатель по статической нагрузке 
или по аналогии с действующими агрегатами, а затем проверяют по 
нагреву и перегрузке, используя инженерную методику. 

5 

1. РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ВЫБОР МОЩНОСТИ 
ДВИГАТЕЛЕЙ 

1.1. Выбор рода тока и типа 
электродвигателя 

При выборе электродвигателя необходимо определить: 

– род тока и номинальное напряжение; 
– номинальную частоту вращения; 
– типовую мощность электродвигателя; 
– конструктивное исполнение двигателя. 
По 
роду 
тока 
и 
напряжения 
электродвигатели 
подразделяются на электродвигатели переменного и постоянного 
тока. Скорость вращения вала электродвигателей постоянного тока 
может регулироваться в широких пределах за счет изменения тока в 
обмотках якоря и возбуждения. Для двигателей переменного тока 
возможности регулирования скорости вращения вала ограничены 
частотой питающего тока. В связи с этим в приводе машин, не 
требующих регулирования скорости, рекомендуется применять 
электродвигатели переменного тока асинхронные и синхронные. Для 
приводов мощностью в единицы, десятки и даже сотни киловатт 
желательно применять асинхронные двигатели с короткозамкнутым 
ротором. 
Предел 
мощности 
электродвигателя 
ограничивается 
мощностью системы электроснабжения данного предприятия, так 
как большие пусковые токи 
двигателей с короткозамкнутым 
ротором 
при малой 
мощности 
системы 
вызывают 
большие 
колебания 
напряжения. В 
этом 
случае 
обычно 
используют 
асинхронные двигатели с фазным ротором. Но в любом случае 
предпочтение следует отдавать двигателям с короткозамкнутым 
ротором как более простым и надежным в эксплуатации. 

Синхронные двигатели более дорогие, чем асинхронные. Их 
следует использовать для приводов с редкими пусками, не 
требующими регулирования скорости. Однако в последние годы и в 
регулируемых приводах применяют синхронные двигатели 
в 
комплекте с тиристорными преобразователями частоты. 

Для широкого регулирования скорости раньше в основном 
использовали 
двигатели 
постоянного 
тока 
с 
независимым 

6 

возбуждением. Разработка тиристорных преобразователей частоты 
позволяет применять в регулируемых приводах 
асинхронные 
двигатели. Целесообразность применения того или иного типа 
двигателя следует проверять технико-экономическим расчетом. 

Двигатели 
переменного 
тока 
мощностью 
до 
400 кВт 
выполняют 
на 
номинальное 
напряжение 
220, 380, 660 
В. 
Асинхронные и синхронные двигатели большой мощности имеют 
высокое номинальное напряжение 6 или 10 кВ. Двигатели 
постоянного тока (ДПТ) мощностью до 200 кВт выполняют на 
напряжение 110, 220, 440 В. ДПТ большой мощности питаются от 
тиристорных преобразователей постоянного тока, которые через 
трансформатор включаются в сеть высокого напряжения. 

Выбор электродвигателя по частоте вращения производится в 
зависимости от требуемого числа оборотов рабочего механизма. 

По номинальной частоте вращения электродвигатели условно 
можно разделить на три группы: быстроходные (свыше 1000 об/мин), 
средней быстроходности (1000 – 500 об/мин) и тихоходные (ниже 
500 об/мин). 

Быстроходные 
электродвигатели 
имеют 
существенные 
преимущества перед тихоходными. При одной и той же номинальной 
мощности у них значительно меньшие габариты и вес и более 
высокий КПД Поэтому в процессе проектирования электропривода 
следует отдавать предпочтение быстроходным двигателям. 

При невысоких частотах вращения рабочих агрегатов между 
электроприводом и механизмом ставят понижающий редуктор. 
Однако наличие передаточного механизма приводит к снижению 
КПД и повышению стоимости привода в целом, что необходимо 
учитывать при проектировании и выборе оптимального варианта 
электропривода. 

Каждый 
электродвигатель 
характеризуется 
своими 
номинальными (паспортными) данными: мощностью, напряжением, 
током, 
номинальной 
и 
максимальной 
частотой 
вращения, 
номинальным моментом, перегрузочной способностью и другими 
данными, соответствующими номинальному режиму работы, т.е. 
такому режиму, для которого рассчитан электродвигатель заводомизготовителем. 
Проектировщику 
следует 
учитывать, 
что 
с 
увеличением номинальной мощности данного типа двигателя, как 
правило, наблюдается уменьшение номинальной частоты вращения, 
а с уменьшением мощности происходит снижение КПД 

7 

Конструктивное исполнение двигателя выбирается с учетом 
трех факторов: защиты его от воздействия окружающей среды, 
способа охлаждения и способа монтажа. 

Атмосфера металлургических цехов содержит 
большое 
количество пыли, влаги, активных газов, паров химических веществ, 
взрывоопасные смеси и т.п. Поэтому должны быть предусмотрены 
меры защиты двигателей от вредного воздействия такой атмосферы, 
а во взрывоопасных помещениях – также меры по предотвращению 
возможности взрыва от случайно возникшей в двигателе искры. 

Электрические 
машины 
выполняются 
в 
открытом, 
защищенном, закрытом, защищенном от взрыва и в других 
исполнениях. Для обозначения степени защиты 
применяются 
латинские буквы IP и следующие за ними две цифры (табл. 1 прил. 1). 
Буквы соответствуют международной системе. Первая цифра 
обозначает степень защиты персонала и самой машины от попадания 
внутрь машины твердых посторонних тел (табл. 2 прил. 1), вторая – 
степень защиты от попадания воды (табл. 3 прил. 1). Например, 
обозначение IP21 показывает защиту от проникновения твердых тел 
размером более 12 мм и защиту от капель воды. В сухих помещениях 
с нормальной средой устанавливают электродвигатели исполнения 
IP00 (защита отсутствует). В помещениях 
металлургического 
производства используют электродвигатели со степенью защиты 
IP22 - IP44. 

По способу охлаждения бывают двигатели: 
– с естественным охлаждением, не имеющие специальных 
устройств для охлаждения; 

– с самовентиляцией, когда охлаждение производится 
с 
помощью крыльчатки на валу двигателя; 

– с независимым охлаждением, когда охладитель (воздух или 
вода) производится специальным вентилятором или насосом с 
собственным приводом. 

Независимая вентиляция обычно применяется в двигателях 
большой мощности. Применение охлаждения позволяет повысить 
номинальную мощность двигателей при одних и тех же массе и 
габаритах. 

Для обозначения конструктивного исполнения по способу 
монтажа применяются латинские буквы IМ и четыре цифры. Первая 
цифра показывает конструктивное исполнение (на лапах, без лап, с 
вертикальным валом и др.); вторая и третья цифры – способы 
монтажа и направление конца вала; четвертая цифра обозначает 

8 

исполнение конца вала машины. Например, монтажное исполнение 
IМ 1001 означает, что двигатель на лапах с подшипниковыми 
щитами с одним цилиндрическим концом вала. 

На 
металлургических 
предприятиях 
используются 
электродвигатели как общепромышленной, так и специальной 
краново-металлургической 
серии 
(прил. 2 – 4). 
Асинхронные 
электродвигатели серий МТF (с фазным ротором, класс изоляции F) 
и 
МТКF 
(с 
короткозамкнутым 
ротором) 
выпускались 
для 
электроприводов крановых механизмов. Электродвигатели серий 
МТН и МТКН (класс изоляции Н) предназначены для приводов 
металлургических 
механизмов, 
работающих 
при 
повышенных 
температурах окружающей среды. 

Двигатели 
перечисленных 
серий, 
а 
также 
двигатели 
постоянного тока серии Д предназначены для работы в повторнократковременном 
режиме 
и 
характеризуются 
повышенной 
перегрузочной способностью, большими пусковыми моментами, 
большой частотой вращения и повышенной надежностью. 

1.2. Режимы работы электродвигателей 
по нагреву 

В процессе работы двигателя происходит нагрев всех его 
частей за счет потерь мощности, возникающих в нем при 
преобразовании электрической энергии в механическую. Электрические потери мощности зависят от нагрузки и составляют половину 
всех потерь в номинальном режиме. Магнитные и механические 
потери не зависят от нагрузки и называются постоянными. 

Одновременно с нагревом происходит отдача тепла с 
поверхности двигателя в охлаждающую среду, увеличивающаяся с 
возрастанием 
температуры. 
Поэтому 
через 
некоторое 
время 
температура двигателя достигает установившегося значения. 

По условиям нагрева двигателей различают три основных 
номинальных режима работы: режим S1 – продолжительный режим; 
режим S2 – кратковременный режим; режим S3 – повторнократковременный 
режим. 
Каждый 
режим 
характеризуется 
нагрузочными 
диаграммами: 
зависимостей 
мощности 
Р(t), 
механического момента M(t) и тока I(t) от времени (рис. 1.1). 

9 

P1 
P1 

tp1 
tn1 
tp2 

< 
>< 
>< 
>< 
> 

Рис. 1.1. Нагрузочная диаграмма P(t) 

При построении нагрузочных диаграмм следует учитывать 
статические и динамические моменты и токи: 

M = Mст ± Mд . 
(1.1) 

I =Iст ±Iд . 

Динамический момент 

mD2 dn 
Mд 
=
, 
38,2 dt 

(1.2) 

(1.3) 

где mD2 – маховой момент привода, кг м2 (двигатель – передаточный 

механизм – рабочий орган); 
n – частота вращения; 
t – время. 

В продолжительном режиме за время работы температура 
двигателя достигает установившегося значения. При этом нагрузка 
на двигатель может быть постоянной или переменной. 

Повторно-кратковременный режим характеризуется цикличностью работы. Время цикла равно сумме рабочего времени и 
времени пауз: 

n 
j 

ц 
2—1 pi 
2—1 nj . 

i=1 
j=1 

(1.4) 

10 

P 

P2 

Одной 
из 
величин, 
характеризующих 
повторнократковременный режим, является продолжительность включения 

n 

pi 

ПВ = i = 1 . 
(1.5) 

ц 

В каталогах на двигатели ПВ обычно выражается в 
процентах: 

n 

t pi 

ПВ = i =1 
100%. 
(1.6) 

t ц 

При 
ПВ > 60 % 
режим 
работы 
двигателя 
считается 
продолжительным, если ПВ < 10 % - режим работы кратковременный. 
Если 
10% ≤ПВ≤ 60 %, 
то 
режим 
работы 
повторнократковременный и время цикла не более 10 мин. 

1.3. Выбор мощности двигателя 
при продолжительном режиме работы 

Выбор 
мощности 
двигателя 
производится 
исходя 
из 
необходимости обеспечения заданного режима работы механизма 
при соблюдении нормального теплового режима и допустимой 
механической перегрузки двигателя. Как правило, расчет мощности 
двигателя 
носит 
проверочный 
характер. 
Сначала 
выбирается 
двигатель по мощности с учетом тех или иных критериев. Для этого 
двигателя строится нагрузочная диаграмма на основании уравнения 
движения привода. Затем производится проверка двигателя по 
нагреву и перегрузочной способности. 

Имеется большое количество механизмов, работающих в 
продолжительном режиме, но их можно разделить на две группы: 

1) механизмы, работающие длительно с постоянной нагрузкой; 
2) механизмы, работающие с переменной нагрузкой. 

11 

1.4. Выбор мощности двигателей для 
механизма с постоянной нагрузкой 

Выбор 
мощности 
(кВт) 
двигателя 
для 
механизма 
с 
постоянной 
нагрузкой 
(Р ст = const) 
(рис. 1.2) 
производится 
по 
каталогу так, чтобы номинальная мощность двигателя была равна 
мощности 
нагрузки 
Рст, а 
частота 
вращения 
двигателя 
соответствовала требуемой скорости механизма. Если же в каталоге 
нет двигателя такой мощности, то выбирается ближайший больший 
по мощности. В этом случае нет необходимости в проверке по 
нагреву и перегрузке. 

Pc т 

t 

Рис. 1.2. Нагрузочная диаграмма при P ст = const 

Определение мощности нагрузки для некоторых механизмов 
производится теоретическими расчетами или по эмпирическим 
формулам. 

Расчет мощности двигателя насоса выполняется по формуле 

P= 10-3QρgH , 
(1.7) 

где Q - производительность насоса, м3/с; 
ρ - плотность жидкости, кг/м3; 
g - ускорение свободного падения, м/с2; 
Н - высота напора, м; 
ηнас, η пер - КПД насоса и передачи от двигателя к насосу. 

Расчетная мощность для привода центробежного вентилятора 

P = 10-3 Q р 
(1.8) 

где Q - производительность, м3/с; 

12 

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину