Sélection de moteurs électriques pour équipements avec différents types de charge et modes de fonctionnement

La sélection correcte des moteurs électriques pour les mécanismes de production garantit leur fonctionnement continu et fiable tout au long de la durée de vie standard. Il s'agit d'un processus très important où de nombreux facteurs et critères différents doivent être pris en compte. L'un des facteurs les plus importants est la prise en compte de la nature et du type de charge.

Voici tous les critères à prendre en compte lors du choix : Comment choisir le bon moteur électrique

Lors du choix de moteurs électriques pour diverses machines, installations et machines, il est nécessaire de prendre en compte les différents types de charge, le type de caractéristiques mécaniques, la nature et la durée des cycles de travail de ces mécanismes.

Sachant comment la charge sur l'arbre du moteur électrique sélectionné changera, il est possible de déterminer avec précision comment les pertes de puissance changeront pendant le fonctionnement, et grâce à cela, choisissez un moteur électrique qui, fonctionnant à une charge donnée, ne surchauffera pas . La température de chauffage maximale de l'isolation du moteur électrique ne dépassera pas la valeur admissible pendant tout le cycle de travail.

Une sélection incorrecte des moteurs électriques des mécanismes de production entraîne une perturbation des processus de production et entraîne des pertes de produits manufacturés et des coûts d'électricité supplémentaires.

Les équipements électriques équipés de moteurs électriques doivent répondre pleinement aux exigences du processus technologique.

Le choix de l'un des types de moteurs électriques du catalogue est considéré comme correct si les conditions suivantes sont remplies :

• la correspondance la plus complète du moteur électrique avec la machine de travail (mécanisme d'entraînement) en termes de propriétés mécaniques. Cela signifie que le moteur électrique doit avoir une caractéristique mécanique telle qu'il puisse fournir à l'entraînement les valeurs de vitesse et d'accélération nécessaires dans un état stationnaire et transitoire;

• utilisation maximale de la puissance du moteur électrique dans tous les modes de fonctionnement. La température de toutes les parties actives du moteur électrique dans les modes de fonctionnement les plus sévères doit être aussi proche que possible de la température de chauffage admissible, mais ne pas la dépasser ;

• compatibilité du moteur électrique avec le variateur et les conditions environnementales en termes de conception ;

• conformité du moteur électrique aux paramètres de l'alimentation.

Pour choisir un moteur électrique, les données suivantes sont nécessaires :

• type et nom du mécanisme d'entraînement ;

• puissance maximale de l'arbre, si le mode de fonctionnement est continu et la charge est constante, et dans les autres cas, des graphiques d'évolution de la puissance ou du moment de résistance de l'arbre en fonction du temps ;

• fréquence de rotation (ou plage de fréquences de rotation) de l'arbre d'entraînement ;

• mode d'articulation du mécanisme d'entraînement avec l'arbre du moteur électrique (en présence de transmissions cinématiques, le type de transmission et le rapport de démultiplication sont indiqués);

• la quantité de couple de démarrage que le moteur électrique doit fournir à l'arbre d'entraînement ;

• limites de régulation de vitesse (valeurs supérieures et inférieures et valeurs de puissance et de couple correspondantes);

• qualité requise (finesse, gradation) du contrôle de la vitesse ;

• fréquence d'activation du lecteur dans l'heure;

• caractéristiques du milieu extérieur.

La sélection d'un moteur électrique basée sur la prise en compte de toutes les conditions et des données nominales est effectuée conformément aux catalogues.

Les modes de fonctionnement possibles des entraînements électriques se distinguent par une grande variété en termes de nature et de durée des cycles, de valeurs de charge, de conditions de refroidissement, du rapport des pertes au démarrage et du bon fonctionnement, etc., donc la production de moteurs électriques pour chaque des modes de fonctionnement possibles d'un entraînement électrique n'a aucun sens pratique.

Sur la base de l'analyse des modes réels, une classe spéciale de modes est identifiée - les modes nominaux, pour lesquels les moteurs série sont conçus et fabriqués.

Les données contenues dans le passeport d'une machine électrique se réfèrent à un certain mode nominal et sont appelées les données nominales d'une machine électrique.

Les fabricants garantissent que lorsque le moteur électrique fonctionne en mode nominal à charge nominale, il est entièrement utilisé thermiquement.

Le GOST actuel fournit 8 modes nominaux qui, conformément à la classification internationale, ont des symboles S1 - S8.

Service continu S1 - fonctionnement de la machine à charge constante pendant une durée suffisamment longue pour atteindre une température constante de toutes ses pièces.

Service de courte durée S2 — fonctionnement de la machine à charge constante pendant un temps insuffisant pour que toutes les parties de la machine atteignent la température réglée, suivi d'un arrêt de la machine pendant un temps suffisant pour refroidir la machine à une température ne dépassant pas 2 °C de la température ambiante. Pour les travaux de courte durée, la durée de la période de travail est de 15, 30, 60, 90 minutes.

Service intermittent S3 - une séquence de cycles de service identiques, dont chacun comprend le temps de fonctionnement à charge continue pendant lequel la machine ne chauffe pas jusqu'à la température définie et le temps de stationnement pendant lequel la machine ne refroidit pas jusqu'à la température ambiante.

Dans ce mode, le rapport cyclique est tel que le courant d'appel n'affecte pas significativement l'échauffement. Le temps de cycle est insuffisant pour atteindre l'équilibre thermique et ne dépasse pas 10 minutes. Le mode est caractérisé par la valeur de la durée d'inclusion en pourcentage :

Les moteurs produits par l'industrie pour ce mode de fonctionnement sont caractérisés par un cycle de service (PV), qui est défini par la durée d'un cycle de service

où tp est le temps de fonctionnement du moteur ; tp — temps de pause.

Valeurs normalisées de la durée d'inclusion : 15, 25, 40, 60 % ou valeurs relatives de la durée de la période de travail : 0,15 ; 0,25 ; 0,40 ; 0,60. Pour le mode S3, les données nominales correspondent uniquement à un certain cycle de service et se réfèrent à la période de service.

Les modes S1 - S3 sont actuellement les principaux, dont les données nominales sont incluses par les usines locales de véhicules électriques dans les catalogues et le passeport de la machine.

En savoir plus ici : Modes de fonctionnement des moteurs électriques

Pour un choix de moteur raisonnable en termes de puissance, il est nécessaire de connaître l'évolution de la charge de l'arbre moteur dans le temps, ce qui permet d'évaluer la nature de l'évolution des pertes de puissance.

De plus, il est nécessaire d'établir comment le processus de chauffage du moteur se déroule à la suite de la libération de pertes d'énergie dans celui-ci. Cette approche vous permet de choisir le moteur de manière à ce que la température maximale de l'isolation de l'enroulement ne dépasse pas la valeur autorisée. Cette condition est l'une des principales pour assurer le fonctionnement fiable du moteur tout au long de sa durée de vie.

Le choix de la puissance du moteur électrique doit être fait en fonction de la nature des charges de la machine de travail. Ce caractère est évalué sur deux critères :

• selon le mode de fonctionnement nominal ;

• par l'évolution de la quantité d'énergie consommée.

La puissance du moteur doit répondre à trois conditions :

• chauffage normal pendant le fonctionnement ;

• capacité de surcharge suffisante ;

• couple de démarrage suffisant.

Le choix des moteurs électriques avec le soi-disantLa "réserve de puissance", basée sur la plus grande charge possible selon le calendrier, conduit à une sous-utilisation du moteur électrique, et donc à une augmentation des coûts d'investissement et des coûts d'exploitation en raison de facteurs de puissance et d'efficacité réduits. Une augmentation excessive de la puissance du moteur peut également entraîner des à-coups lors de l'accélération.

Si le moteur électrique doit fonctionner pendant une longue période avec une charge constante ou légèrement variable, la détermination de sa puissance n'est pas difficile et s'effectue selon les formules. Il est beaucoup plus difficile de choisir la puissance des moteurs électriques dans d'autres modes de fonctionnement.

La charge à court terme se caractérise par le fait que les périodes d'inclusion sont courtes et les pauses suffisantes pour le refroidissement complet du moteur électrique. Dans ce cas, on suppose que la charge du moteur électrique pendant les périodes de commutation reste constante ou quasi constante.

Pour que le moteur électrique soit utilisé correctement pour le chauffage dans ce mode, il est nécessaire de le choisir de sorte que sa puissance continue (indiquée dans les catalogues) soit inférieure à la puissance correspondant à la charge à court terme, c'est-à-dire le moteur électrique a une surcharge thermique pendant les périodes de son fonctionnement de courte durée...

Si les périodes de fonctionnement du moteur électrique sont nettement inférieures au temps nécessaire à son chauffage complet, mais que les pauses entre les périodes de mise en marche sont nettement plus courtes que le temps de refroidissement complet, il y a alors une charge répétée à court terme.

Calcul de la puissance et sélection du moteur pour un fonctionnement continu

Avec une charge d'arbre constante ou légèrement variable, la puissance du moteur ne doit dépasser que légèrement la puissance de charge.Dans ce cas, la condition doit être remplie

Pn ≥ P,

où Pn est la puissance nominale du moteur ; P — puissance de charge. Choisir un moteur revient à le choisir dans le catalogue.

Sélection de la puissance du moteur pour un fonctionnement continu. Si le couple et la puissance du mécanisme de production ne changent pas, alors un moteur avec une puissance nominale Pn égale à la puissance de la charge doit être sélectionné, en tenant compte des pertes dans la transmission (boîte de vitesses):

Pn ≥ Pm /ηt, W

où ηt est le rendement de la transmission (boîte de vitesses).

A un moment donné de résistance du mécanisme d'entraînement Ms, N ∙ m et la fréquence de rotation de l'arbre de sortie de la boîte de vitesses n2, tr/min

Pm = Mc ∙ ω2, W

où ω2 = 2π ∙ n2 / 60, rad / s

Pour certains mécanismes de production fonctionnant en mode continu avec un moment constant de résistance de l'arbre, il existe des formules approximatives pour déterminer la puissance des moteurs.

Calcul de la puissance et sélection du moteur pour une charge à court terme

Les moteurs pour le fonctionnement à court terme de l'entraînement électrique sont sélectionnés en fonction de leur puissance nominale, qui doit être égale à la puissance de charge, en tenant compte de la durée de fonctionnement. Les valeurs standard autorisées pour les moteurs produits par l'industrie pour un fonctionnement à court terme sont de 10, 30, 60, 90 minutes.

En l'absence de moteurs à service intermittent, des moteurs à service intermittent peuvent être installés. Dans ce cas, une durée de fonctionnement de 30 minutes correspond à un rapport cyclique = 15 %, 60 minutes correspond à un rapport cyclique = 25 % et 90 minutes correspond à un rapport cyclique = 40 %.En dernier recours, il est possible d'utiliser des moteurs pour un fonctionnement continu avec Pn < P et leur vérification ultérieure des conditions thermiques.

Calcul de la puissance et sélection du moteur pour charge intermittente

Pour un variateur électrique fonctionnant en mode intermittent, la puissance du moteur est calculée selon la méthode des pertes moyennes ou des valeurs équivalentes. La première méthode est plus précise, mais plus laborieuse. Il est plus pratique d'utiliser la méthode des valeurs équivalentes.En fonction du programme de charge donné P = f (t), M = f (t), I = f (t), les valeurs quadratiques moyennes sont déterminées, qui sont dit équivalent.

La puissance équivalente est la puissance RMS du diagramme de charge

où t1, t2, …, tk — intervalles de temps dans lesquels la puissance de charge est égale à P1, P2, …, Pk, respectivement.

Selon le catalogue, pour les valeurs obtenues de Reqv et PV, la puissance nominale du moteur est sélectionnée à partir de la condition Pn ≥ REKV.

Si le diagramme M = f (t) est donné, alors le moment équivalent

et la puissance équivalente à la vitesse n est donnée par l'expression

Req = Meq • n / 9550 (kW).

Si le diagramme I = f (t) est donné, le courant de l'équivalent de chauffage

La valeur calculée de PVr diffère souvent des valeurs standard, donc soit la valeur obtenue de PVr est arrondie à la valeur standard la plus proche, soit la puissance équivalente est recalculée à l'aide de la formule

Pendant le fonctionnement, des surcharges de courte durée sont observées qui dépassent la puissance nominale du moteur. Ils n'affectent pas de manière significative le chauffage des moteurs, mais peuvent entraîner un fonctionnement incorrect ou un calage. Par conséquent, le moteur doit être vérifié pour la capacité de surcharge selon l'expression

Pm / Pn = ku ∙ Mm / Mn,

où Pm est la puissance la plus élevée du diagramme de charge ; Mm / Mn — le multiple du couple maximal est déterminé par le catalogue ; le coefficient ku = 0,8 tient compte de la chute de tension possible dans le réseau.

Si cette condition n'est pas remplie, un moteur avec une puissance plus élevée doit être sélectionné dans le catalogue et à nouveau vérifié pour la capacité de surcharge.

Voir aussi sur ce sujet : Sélection d'un moteur pour fonctionnement intermittent

L'industrie produit un certain nombre de séries de moteurs à charge intermittente :

• grues asynchrones à rotor court de la série MTKF et à rotor à phase de la série MTF ;

• séries métallurgiques similaires MTKN et MTN;

• CC série D.

Les machines de la série spécifiée se caractérisent par la forme d'un rotor allongé (ancre), qui permet une réduction du moment d'inertie. Afin de réduire les pertes libérées dans l'enroulement du stator pendant les transitoires, les moteurs des séries MTKF et MTKN ont un glissement nominal accru snom = 7 ÷ 12 %. La capacité de surcharge des moteurs des séries grue et métallurgique est de 2,3 — 3 à cycle de service = 40 %, ce qui à cycle de service = 100 % correspond à λ = Mcr / Mnom100 = 4,4-5,5.