Вентилятор расчет мощность электродвигателя

Расчет мощности электродвигателя

Преобразование электрической энергии в кинетическую осуществляется при помощи различных типов электродвигателей. Чаще всего электродвигатели выполняют функцию электроприводов машин и механизмов, применяются для обеспечения работы насосного оборудования, вентиляционных систем и многих других агрегатов и устройств. В связи с таким широким применением, особую актуальность приобретает расчет мощности электродвигателя. Для этих целей разработано много различных методов, позволяющих выполнить расчеты, применительно к конкретным условиям эксплуатации.

1. Основные типы электродвигателей
2. Расчет мощности электродвигателя для насоса
3. Расчет мощности двигателя формула для компрессора
4. Формула расчета для вентиляторов
5. Расчет пускового тока электродвигателя
6. Режимы работы электродвигателей

Основные типы электродвигателей

Существует множество типов и модификаций электродвигателей. Каждый из них обладает собственной мощностью и другими параметрами.

Основная классификация разделяет эти устройства на электродвигатели постоянного и переменного тока. Первый вариант применяется значительно реже, поскольку для его эксплуатации требуется обязательное наличие источника постоянного тока или устройства, преобразующего переменное напряжение в постоянный ток. Выполнение данного условия в современном производстве потребует значительных дополнительных затрат.

Но, несмотря на существенные недостатки, двигатели постоянного тока имеют высокий пусковой момент и стабильно работают даже при больших перегрузках. Благодаря своим качествам, эти агрегаты нашли широкое применение на электротранспорте, в металлургической и станкостроительной отрасли.

Тем не менее, большинство современного оборудования работает с двигателями переменного тока. В основе действия этих устройств лежит электромагнитная индукция, которую создает в магнитном поле проводящая среда. Магнитное поле создается с помощью обмоток, обтекаемых токами, или с применением постоянных магнитов. Электродвигатели, работающие на переменном токе, могут быть синхронными и асинхронными.

Использование синхронных электродвигателей практикуется в оборудовании, где требуется постоянная скорость вращения. Это генераторы постоянного тока, насосы, компрессоры и другие аналогичные установки. Различные модели отличаются собственными техническими характеристиками. Например, значение скорости вращения может находиться в пределах 125-1000 оборотов в минуту, а мощность достигает 10 тыс. киловатт.

Во многих конструкциях имеется короткозамкнутая обмотка, расположенная на роторе. С ее помощью, в случае необходимости, производится асинхронный пуск, после чего синхронный двигатель продолжает работу в обычном режиме, максимально сокращая потери электрической энергии. Эти двигатели отличаются небольшими размерами и высоким коэффициентом полезного действия.

Гораздо более широкое распространение в производственной сфере получили асинхронные двигатели переменного тока. Они отличаются очень высокой частотой вращения магнитного поля, значительно превышающей скорость вращения ротора. Существенным недостатком этих устройств считается снижение КПД до 30-50% от нормы при низких нагрузках. Кроме того, во время пуска параметры тока становятся в несколько раз больше по сравнению с рабочими показателями. Данные проблемы устраняются путем использования частотных преобразователей и устройств плавного пуска.

Асинхронные двигатели используются на тех объектах, где требуются частые включения и выключения оборудования, например, в лифтах, лебедках, и других устройствах.

Расчет мощности электродвигателя для насоса

Выбор электродвигателя для насосной установки зависит от конкретных условий, прежде всего – от схемы водоснабжения. В большинстве случаев подача воды производится с помощью водонапорного бака или водонапорного котла. Для приведения в действие всей системы используются центробежные насосы с асинхронными двигателями.

Выбор оптимальной мощности насоса осуществляется в зависимости от потребности в подаче и напоре жидкости. Подача насоса Q_H измеряется в литрах, подаваемых в 1 час, и обозначается как л/ч. Данный параметр определяется по следующей формуле: Qн = Qmaxч = (kч х kсут х Qср.сут) / (24 η), где Qmaxч — возможный максимальный часовой расход воды, л/ч, kч – коэффициент неравномерности часового расхода, kсут — коэффициент неравномерности суточного расхода (1,1 – 1,3), η — КПД насосной установки, с учетом потерь воды), Qср.сут — значение среднесуточного расхода воды (л/сут).

Оптимальный напор воды должен обеспечивать ее подачу в установленное место при условии необходимого давления. Требуемые параметры напора насоса (Ннтр) зависят от высоты всасывания (Нвс) и высоты нагнетания (Ннг), которые в сумме определяют показатели статического напора (Нс), потери в трубопроводах (Hп) и разность давлений верхнего (Рву) и нижнего (Рну) уровней.

Исходя из того, что значение напора будет равно H = P/ρg, где Р — давление (Па), ρ — плотность жидкости (кг/м 3 ), g = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения, g — удельный вес жидкости (кг/м 3 ), получается следующая формула: Ннтр = Hc + Hп + (1/ρ) х (Рву – Рну).

После вычисления расхода воды и напора по каталогу уже можно выбрать насос с наиболее подходящими параметрами. Чтобы не ошибиться с мощностью электродвигателя, ее нужно определить по формуле: Pдв = (kз х ρ х Qн х Нн) / (ηн х ηп), где kз является коэффициентом запаса, зависящим от мощности электродвигателя насоса и составляет 1,05 – 1,7. Этот показатель учитывает возможные утечки воды из трубопровода из-за неплотных соединений, разрывов трубопровода и прочих факторов, поэтому электродвигатели для насосов должны иметь некоторый запас мощности. Чем больше мощность, тем меньше коэффициент запаса можно принять.

Например,при мощности электродвигателя насоса 2 кВт – kз = 1,5, 3,0 кВт – kз = 1,33, 5 кВт – kз =1,2, при мощности больше 10 кВт- kз = 1,05 – 1,1. Другие параметры означают: ηп – КПД передачи (прямая передача – 1,0, клиноременная – 0,98, зубчатая – 0,97, плоскоременная – 0,95), ηн — КПД насосов поршневых 0,7 – 0,9, центробежных 0,4 – 0,8, вихревых 0,25 – 0,5.

Расчет мощности двигателя формула для компрессора

Выбирая электродвигатель, наиболее подходящий для работы того или иного компрессора, необходимо учитывать продолжительный режим работы данного механизма и постоянную нагрузку. Расчет требующейся мощности двигателя Р_дв осуществляется в соответствии с мощностью на валу основного механизма. В этом случае следует учитывать потери, возникающие в промежуточном звене механической передачи.

Дополнительными факторами являются мощности, назначение и характер производства, на котором будет эксплуатироваться компрессорное оборудование. Они оказывают определенное влияние, в связи с чем оборудование может потребовать незначительных, но постоянных регулировок для поддержки производительности на должном уровне.

Определить мощность двигателя можно по формуле: , в которой:

• Q – значение производительности или подачи компрессора (м 3 /с);
• А – работа по совершению сжатия (Дж/м 3 );
• ηк – индикаторный КПД (0,6-0,8) для учета потерь мощности при реальном сжатии воздуха;
• ηп – механический КПД (0,9-0,95) учитывающий передачу между двигателем и компрессором;
• к_з– коэффициент запаса (1,05-1,15) для учета факторов, не поддающихся расчетам.

Работа А рассчитывается по отдельной формуле: А = (Аи + Аа)/2, где Аи и Аа представляют собой соответственно изотермическое и адиабатическое сжатие.

Значение работы, которую необходимо совершить до появления требуемого давления, можно определить с помощью таблицы:

Типичная работа компрессора характеризуется продолжительным режимом работы. Реверсивные электроприводы, как правило, отсутствуют, включения и выключения крайне редкие. Поэтому наиболее оптимальным вариантом, обеспечивающим нормальную работу компрессоров, будет синхронный электрический двигатель.

Формула расчета для вентиляторов

Вентиляторы широко применяются в самых разных областях. Устройства общего назначения работают на чистом воздухе, при температуре ниже 80 . Воздух с более высокой температурой перемещается с помощью специальных термостойких вентиляторов. Если приходится работать в агрессивной или взрывоопасной среде, в этих случаях используются модели антикоррозийных и взрывобезопасных устройств.

В соответствии с принципом действия, вентиляторные установки могут быть центробежными или радиальными и осевыми. В зависимости от конструкции, они развивают давление от 1000 до 15000 Па. Поэтому мощность, потребная для привода вентилятора, рассчитывается в соответствии с давлением, которое необходимо создать.

С этой целью используется формула: Nв=Hв·Qв/1000·кпд, в которой Nв – мощность, потребная для привода (кВт), Hв – давление, создаваемое вентилятором (Па), Qв – перемещаемый объем воздуха (м 3 /с), кпд – коэффициент полезного действия.

Для расчета мощности электродвигателя используется формула:, где значения параметров будут следующие:

• Q – производительность агрегата;
• Н – давление на выходе;
• ηв – коэффициент полезного действия вентилятора;
• ηп – коэффициент полезного действия передачи;
• к_з – коэффициент запаса, зависящий от мощности электродвигателя. При мощности до 1 кВт к_з = 2; от 1 до 2 кВт к_з = 1,5; при 5 кВт и выше к_з = 1,1-1,2.

Данная формула позволяет рассчитывать мощность электродвигателей под центробежные и осевые вентиляторы. Для центробежных конструкций КПД составляет 0,4-0,7, а для осевых – 0,5-0,85. Другие расчетные характеристики имеются в специальных каталогах для всех типов электродвигателей.

Запас мощности не должен быть слишком большим. Если он будет слишком большой, КПД привода заметно снизится. Кроме того, в двигателях переменного тока может снизиться коэффициент мощности.

Расчет пускового тока электродвигателя

В момент запуска электродвигателя его вал остается в неподвижном состоянии. Для того чтобы он начал раскручиваться, необходимо приложить усилие, значительно больше номинального. В связи с этим пусковой ток также превышает номинал. В процессе раскручивания вала происходит постепенное плавное уменьшение тока.

Влияние пусковых токов негативно сказывается на работе оборудования, в основном из-за резких провалов напряжения. Для того чтобы уменьшить их отрицательное воздействие, применяются различные способы. В процессе разгона, схемы электродвигателя переключаются со звезды на треугольник, используются частотные преобразователи и электронные устройства плавного пуска.

Вначале рассчитывается значение номинального тока двигателя, в соответствии с его типом и номинальной мощностью. Для устройств постоянного тока формула будет выглядеть следующим образом:

У электродвигателей переменного тока номинальный ток определяется по другой формуле:

Все параметры имеют соответствующие обозначения:

• РН – значение номинальной мощности двигателя;
• UH – значение номинального напряжения двигателя;
• ηH–КПД электродвигателя;
• cosfH – соответствует коэффициенту мощности двигателя.

После расчетов номинального тока можно вычислить значение пускового тока по формуле:, в которой:

• IH – номинальное значение тока, определенное ранее;
• Кп–кратность постоянного тока к номиналу.

Значение пускового тока рассчитывается для каждого двигателя, имеющегося в электрической цепи. В соответствии с его величиной выбирается автоматический выключатель, обеспечивающий защиту всей цепи.

Режимы работы электродвигателей

Нагрузка на электродвигатель определяется режимом его работы. Она может оставаться неизменной или изменяться в зависимости от условий эксплуатации. При выборе двигателя обязательно учитывается характер и значение предполагаемой нагрузки. С учетом этого фактора выполняется расчет мощности электродвигателя.

Режимы, в которых работают электродвигатели:

• S1 – продолжительный режим. Нагрузка не меняется в течение всего периода эксплуатации. Температура двигателя достигает установленного значения.
• S2 – кратковременный режим. В этом случае в период работы температура не успевает достигнуть нужного значения. При отключении происходит охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.
• S3 – периодически-кратковременный режим. В процессе работы двигателя производятся периодические отключения. В эти периоды температура двигателя не может достигнуть нужного значения или стать такой же, как в окружающей среде. При расчетах двигателя, в том числе и мощности, учитываются все паузы и потери, их продолжительность. Одним из важных критериев выбора агрегата, считается допустимое число включений за определенный отрезок времени.
• S4 – периодически-кратковременный режим с частыми пусками.
• S5 – периодически-кратковременный режим с электрическим торможением. Оба режима S4 и S5 работают также, как и S3.
• S6 – периодически-непрерывный режим с кратковременной нагрузкой. Эксплуатация двигателя осуществляется под нагрузкой, которая чередуется с холостым ходом.
• S7 – периодически-непрерывный режим с электрическим торможением.
• S8 – периодически-непрерывный режим, в котором одновременно изменяется нагрузка и частота вращения.
• S9–режим, когда нагрузка и частота вращения изменяются не периодически.

Источник

Порядок расчета электропривода вентилятора.

2015-07-03
3473

Мощность на валу ЭД, необходимая для вращения крылатки (колеса) вентилятора, определяется работой, затрачиваемой на разгон и транспортировку газа или воздуха и вычисляются по формуле:

где Q – производительность, м 3 /с,

Н_в – напор вентилятора, ПА,

η_в – КПД вентилятора из каталога или таблиц, для ориентировочного расчета η_в – осевого вентилятора 0,3 ÷ 0,6 , η_в – центробежного 0,6 ÷ 0,85,

К₃ – коэффициент запаса мощности ЭД, К₃ – 1,1 ÷ 1,5 ( Р_эд ≤ 2 квт — К₃=1,5; Р_эд = 2 ÷ 5квт — К₃=1,5-1,25; Р_эд = 5 ÷ 50квт — К₃=1,25-1,15)

Скорость вращения вентилятора и выбранного по каталогу ЭД должны быть одинаковы. Расчет электропривода вентиляторной установки начинается с вычерчивание схемы вентиляции аксонометрии и проставления количества воздуха (газа), которое должно быть подано в заданные помещения, или удалено из них.

Всю систему вентиляции разбивают на участки. Участком называется отрезок трассы, где количество и скорость перемещающегося воздуха остаются неизменными. У каждого участка воздуховода проставляют порядковый номер и его длину, а также количество перемещаемого воздуха.

Площадь сечения воздуховода на участке определяют:

где G – расход воздуха на данном участке м 3 /с,

v – скорость истечения, м/с.

При расчете участков приточной вентиляции сначала задаются скоростью движения воздуха на выходе из воздухораспределительных устройств, используя таблицу 9.1, а затем в воздухопроводах, постепенно увеличивая скорость по мере приближения к вентилятору.

При расчете вытяжных воздуховодов скорость на входе в вытяжные решетки (лючки) принимают в пределах v_выт

Если воздуховоды выполнены из листовой стали, то v_выт

В жилых и общественных зданиях воздуховоды выполнены из кирпича, бетона, шлакоалебастра v_выт

Расположение воздухораспределительных устройств по отношению к рабочей зоне	Перепад температуры между приточным воздухом и воздухом помещения (кондиция)	vвыт , м/с
В рабочей зоне — ,, — На высоте от 2 до 3 м — ,, — На высоте свыше 3 м	0,5 – 0,75 0,3 – 0,6 2 – 3 1,5 – 2 3 – 4

После определения сечения воздуховода определяют его диаметр:

Если воздуховод прямоугольный, то, задаваясь одной из сторон, находят вторую F=a∙b.

Напор вентилятора Н_b должен быть достаточным для преодоления суммы сопротивлений во всасывающей нагнетательной части и компенсации потерь динамического давления при выходе воздуха из сети в атмосферу

Как видим, формула (9.2) полная аналогия с определением напора насоса:

часть напора вентилятора, затрачиваемая на преодоление сопротивления трения в воздухопроводах;

часть напора, затрачиваемая на преодоление местных сопротивлений – поворотов, изгибов, сужений воздуховода, а также арматуры (люков, клинкетов, заслонок, жалюзей и т.д.).

ρ – плотность воздуха ( кг/м 3 ) либо (н/м 3 )

Если подставлять весовую плотность воздуха γ=ρ∙g, н/м 3 , то размерность h _ТР, h _М.С. будет в ПА.

Если использовать измененные формулы, т.е.

размерность h_тр, h_м.с. будет в метрах.

Для справки 1 м в ст равен 10 4 ПА; 1 мм в ст примерно 10 ПА.

Коэффициент трения λ_тр зависит от скорости истечения воздуха в воздуховоде и, если число Рейнгольдса R_e ≤ 100000, то а если R_e ≥ 100000, то

Если воздуховоды выполнены из строительных материалов, значения λ_ТР умножают на коэффициент β.

Тип строительных материалов	β
Воздуховоды шлакоалебастровые Воздуховоды кирпичные Воздуховоды оштукатуренные по сетке	2,0 2,5 3,0

Коэффициент ξ в формуле (9.4) зависит от конструкции арматуры воздуховода. Значения ξ сведены в таблицу (9.3).

Участок воздуховода

ξ

1. Шахта вытяжная с зонтом Шахта приточная с жалюзными решетками 2. Вход в отверстие заподлицо со стенами Вход с закругленными краями 3. Вход и выход через жалюзную решетку — подвижную вход / выход — неподвижную вход / выход 4. Плавный поворот на 90 0 5. Прямое колено под угол 90 0 6. Два спаренных поворота на угол 45 0 7. Плавное сужение канала на диаметр 8. -,,- то же в 2 раза меньше 9.внезапное сужение канала 10. Внезапное расширение канала 11.Свободный выход из канала 1. Тройник под угол 90 0 — при нагнетании основной проход ответвление — при всасывании основной проход ответвление 2. Тройник под угол 45 0 — при нагнетании основной проход ответвление — при всасывании основной проход ответвление

1,0 2,8 0,5 0,12 1,4/3,5 0,9/2,7 0,5 1,1 0,4 0,4 0,2 0,4 0,8 – 1,0 1,0 1,6 0,7 1,0 0,5 1,0 0,7

Производительность вентиляционной установки определяют либо по требуемой кратности воздухообмена, либо из условий удаления тепла и влаги из помещений.

Методика расчета производительности вентилятора по суммарным тепло потерям приведена в [ ].

а) Например, потери в электрических машинах, квт :

где k₃ – коэффициент загрузки электрических машин.

б) Выделение теплоты с корпусов крупных электрических машин примерно 0,5 квт с одного квадратного метра поверхности.

в) Потери в выпрямителях

г) Потери от ящиков сопротивления — в среднем примерно 1 квт на один ящик или примерно 8% установленной мощности электродвигателя.

д) Потери от силовых трансформаторов, установленных в КТП в среднем 2 % от S_тр-ра.

е) Потери от высоковольтных КРУ или КСО, (600 – 1000 А) принимают примерно 0,5 – 1,0 квт на каждую ячейку.

ж) Потери в конденсаторных установках примерно 4 вт на 1 квар мощности БК.

з) Потери в шинопроводах примерно 0,95 % передаваемой мощности.

и) Потери от светильников примерно 15 вт на один квадратный метр площади помещения.

При люминесцентном освещении примерно 20 – 30 % от установленной мощности.

При использовании ДРЛ, ДРИ примерно 10 % установленной мощности.

Количество воздуха необходимое для уноса тепловых потерь

ΣΡ – отводимые потери, квт;

860 – коэффициент перевода квт в ккал;

С_р – теплоемкость воздуха, 0,24 ккал/кг 0 С;

γ – плотность примерно 1,2 кг/м 3 ;

Δ t – температура перегрева в помещении, примерно 15 – 18 0 С.

В системе вентиляции замкнутого типа для охлаждения воздуха, отсасываемого из помещений с повышенной температурой применяют серийные воздухоохладители типа ВУП и ВО. Расход воды в этих воздухоохладителях составляет примерно 0,25 – 0,4 м 3 /час на 1 квт тепловых потерь при температуре 25 0 С.

Нагрев воды в ВО не более 2 – 4 0 С.

Воздух, проходящий через ВО охлаждается в среднем на 10 0 С. В таблице 9.4 приведены данные ВУП.

Тип ВО	Отводимые потери, квт при τ 0 С	Размеры, мм
L	H
1. ВУП 16×6×1000-6 2. ВУП 16×6×1500-4 3. ВУП 22×6×1500-4 4. ВУП 16×6×2500-2 5. ВУП 22×6×2500-2	36 – 53 54 – 80 76 – 110 93 – 136 128 – 188	52 – 76 78 – 115 108 – 158 133 – 194 184 – 267

τ 0 С – разность температур охлажденного воздуха и холодной воды.

Максимальная температура охлажденного воздуха принимается 40 0 С, поэтому разность температур зависит от температуры холодной воды, τ = 7 0 С при температуре воды 33 0 С; τ = 10 0 С при температуре воды 30 0 С. Характеристика ВО серии ВО-100А и ВО-150А приведены на графиках рис.9.2.

t_a — температура воздуха входящего в ВО (

t_ω – температура воды входящей в ВО при t_ω=25 0 С и t_a=35 0 С.

Гарантируется отвод номинальных потерь соответственно 100 и 150квт.График

ha=f(va) для ВО серии ВУП 16.

ha – потеря давления воздуха в ВО.

После того как определены требуемые производительность Q и напор Н, необходимый номер вентилятора выбирают либо по его характеристикам, либо по таблицам 9.5.

Центробежные вентиляторы Ц4-70, осевые вентиляторы серии МЦ.

Рис. 9.2. Характеристики для выбора

Источник