Двигатель с двумя уровнями мощности

Выбор электродвигателя и расчет его рабочих параметров

Правильность подбора электродвигателя, учитывающая специфику приводного механизма, условия работы и окружающей среды, определяет длительность безаварийной работы и надежность системы «двигатель – нагрузка».

Далее приведены рекомендации по выбору электродвигателя (последовательность, в которой они представлены, не является обязательной).

На первом этапе необходимо определиться с типом электрического двигателя. Ниже даны краткое описание, преимущества и недостатки, сферы предпочтительного применения основных типов двигателей.

Типы электрических двигателей

Двигатели постоянного тока

Основным преимуществом данных двигателей, которое определяло повсеместное их использование на этапе развития электрических приводов, является легкость плавного регулирования скорости в широких пределах. Поэтому с развитием полупроводниковой промышленности и появлением относительно недорогих преобразователей частоты процент их использования постоянно уменьшается. Там, где это возможно двигатели постоянного тока заменяются приводами на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Основные недостатки двигателя постоянного тока (невысокая надежность, сложность обслуживания и эксплуатации) обусловлены наличием коллекторного узла. Кроме того, для питания двигателя необходим источник постоянного тока или тиристорный преобразователь переменного напряжения в постоянное. При всех своих недостатках двигатели постоянного тока обладают высоким пусковым моментом и большой перегрузочной способностью. Что определило их использование в металлургической промышленности, станкостроении и на электротранспорте.

Синхронные двигатели

Основным преимуществом данных двигателей является то, что они могут работать с коэффициентом мощности cosφ=1, а в режиме перевозбуждения даже отдавать реактивную мощность в сеть, что благоприятно сказывается на характеристиках сети: увеличивается ее коэффициент мощности, уменьшаются потери и падение напряжения. Кроме того, синхронные двигатели устойчивы к колебаниям сети. Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален напряжению, при этом момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения. Следовательно, при снижении напряжения синхронный двигатель сохраняет большую перегрузочную способность, а возможность форсировки возбуждения увеличивает надежность их работы при аварийных понижениях напряжения. Больший воздушный зазор по сравнению с асинхронным двигателем и применение постоянных магнитов делает КПД синхронных двигателей выше. Их особенностью также является постоянство скорости вращения при изменении момента нагрузки на валу.

При всех достоинствах синхронного двигателя основными недостатками, ограничивающими их применение являются сложность конструкции, наличие возбудителя, высокая цена, сложность пуска. Поэтому синхронные двигатели преимущественно используются при мощностях свыше 100 кВт.

Основное применение – насосы, компрессоры, вентиляторы, двигатель-генераторные установки.

Асинхронные двигатели

По конструктивному принципу асинхронные двигатели подразделяются на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. При этом большинство используемых электродвигателей являются асинхронными с короткозамкнутым ротором. Столь широкое применение обусловлено простотой их конструкции, обслуживания и эксплуатации, высокой надежностью, относительно низкой стоимостью. Недостатками таких двигателей являются большой пусковой ток, относительно малый пусковой момент, чувствительность к изменениям параметров сети, а для плавного регулирования скорости необходим преобразователь частоты. Кроме того, асинхронные двигатели потребляют реактивную мощность из сети. Предел применения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором определяется мощностью системы электроснабжения конкретного предприятия, так как большие пусковые токи при малой мощности системы создают большие понижения напряжения.

Использование асинхронных двигателей с фазным ротором помогает снизить пусковой ток и существенно увеличить пусковой момент, благодаря введению в цепь ротора пусковых реостатов. Однако, ввиду усложнения их конструкции, и как следствие, увеличения стоимости их применение ограничено. Основное применение – приводы механизмов с особо тяжелыми условиями пуска. Для уменьшения пусковых токов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть использовано устройство плавного пуска или преобразователь частоты.

В системах, где необходимо ступенчатое изменение скорости (например, лифты) используют многоскоростные асинхронные двигатели. В механизмах, требующих остановки за определенное время и фиксации вала при исчезновении напряжения питания, применяются асинхронные двигатели с электромагнитным тормозом (металлообрабатывающие станки, лебедки). Существуют также асинхронные двигатели с повышенным скольжением, которые предназначены для работы в повторно-кратковременных режимах, а также режимах с пульсирующей нагрузкой.

После того, как определен тип электродвигателя, полностью учитывающий специфику рабочего механизма и условия работы, необходимо определиться с рабочими параметрами двигателя: мощностью, номинальным и пусковым моментами, номинальными напряжением и током, режимом работы, коэффициентом мощности, классом энергоэффективности.

Мощность и моменты

В общем случае для квалифицированного подбора электродвигателя должна быть известна нагрузочная диаграмма механизма. Однако, в случае постоянной или слабо меняющейся нагрузки без регулирования скорости достаточно рассчитать требуемую мощность по теоретическим или эмпирическим формулам, зная рабочие параметры нагрузки. Ниже приведены формулы для расчета мощности двигателя P2 [кВт] некоторых механизмов.

  1. Вентилятор

где Q [м 3 /с] – производительность вентилятора,

Н [Па] – давление на выходе вентилятора,

ηвент, ηпер – КПД вентилятора и передаточного механизма соответственно,

где Q [м 3 /с] – производительность насоса,

g=9,8 м/с 2 – ускорение свободного падения,

H [м] – расчетная высота подъема,

ρ [кг/м 3 ] – плотность перекачиваемой жидкости,

ηнас, ηпер – КПД насоса и передаточного механизма соответственно,

  1. Поршневой компрессор

где Q [м 3 /с] – производительность компрессора,

А [Дж/м 3 ] – работа изотермического и адиабатического сжатия атмосферного воздуха объемом 1 м 3 давлением 1,1·10 5 Па до требуемого давления,

ηкомпр, ηпер – КПД компрессора и передаточного механизма соответственно,

Кроме того, необходимо сопоставить пусковой момент двигателя (особенно в случае асинхронного с короткозамкнутым ротором) и рабочего механизма, так как некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление в момент трогания. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что при замене трехфазного асинхронного двигателя на однофазный пусковой момент последнего почти в три раза меньше и механизм, успешно функционировавший ранее, может не тронуться с места.

Развиваемый электродвигателем момент M [Нм] и полезная мощность на валу Р2 [кВт] связаны следующим соотношением

Полная мощность, потребляемая из сети:

для двигателей постоянного тока (она же активная)

для двигателей переменного тока

при этом потребляемые активная и реактивная мощности соответственно

В случае синхронного двигателя значение Q1 может получиться отрицательным, это означает, что двигатель отдает реактивную мощность в сеть.

Важно отметить следующее. Не следует выбирать двигатель с большим запасом по мощности, так как это приведет к снижению его КПД, а в случае двигателя переменного тока также к снижению коэффициента мощности.

Напряжение и ток

При выборе напряжения электродвигателя необходимо учитывать возможности системы энергоснабжения предприятия. При этом нецелесообразно при больших мощностях выбирать двигатель с низким напряжением, так как это приведет к неоправданному удорожанию не только двигателя, но и питающих проводов и коммутационной аппаратуры вследствие увеличения расхода меди.

Если при трогании момент сопротивления нагрузки невелик и для уменьшения пусковых токов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть применен способ пуска с переключением со «звезды» на «треугольник», необходимо предусмотреть вывод в клеммную коробку всех шести зажимов обмотки статора. В общем случае применение схемы соединения «звезда» является предпочтительным, так как в схеме «треугольник» имеется контур для протекания токов нулевой последовательности, которые приводят к нагреву обмотки и снижению КПД двигателя, в соединении «звезда» такой контур отсутствует.

Режим работы

Нагрузка электродвигателя в процессе работы может изменяться различным образом. ГОСТом предусмотрены восемь режимов работы.

  1. Продолжительный S1 – режим работы при постоянной нагрузке в течение времени, за которое температура двигателя достигает установившегося значения. Мощность двигателя, работающего в данном режиме, рассчитывается исходя из потребляемой механизмом мощности. Формулы расчета мощности некоторых механизмов (насос, вентилятор, компрессор) приведены выше.
  2. Кратковременный S2 – режим, при котором за время включения на постоянную нагрузку температура двигателя не успевает достичь установившегося значения, а за время отключения двигатель охлаждается до температуры окружающей среды. В случае использования двигателя S1 для работы в режиме S2 необходимо проверить его только по перегрузочной способности, так как температура не успевает достичь допустимого значения.
  3. Повторно-кратковременный S3 – режим с периодическим отключением двигателя, при котором за время включения температура не успевает достичь установившегося значения, а за время отключения – температуры окружающей среды. Расчет мощности электродвигателя обычного исполнения для работы в режиме S3 производится по методам эквивалентных величин с учетом пауз и потерь в переходных режимах. Кроме того, двигатель необходимо проверить на допустимое число включений в час. В случае большого числа включений в час рекомендуется использовать двигатели с повышенным скольжением. Данные электродвигатели обладают повышенным сопротивлением обмотки ротора, а, следовательно, меньшими пусковыми и тормозными потерями.
  4. Повторно-кратковременный с частыми пусками S4 и повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением S5. Данные режимы рассматриваются аналогично режиму S3.
  5. Перемежающийся S6 – режим, при котором работа двигателя под нагрузкой, периодически заменяется работой на холостом ходу. Большинство двигателей, работающих в продолжительном режиме, имеют меняющийся график нагрузки.

При этом для обоснованного выбора двигателя с целью оптимального его использования рекомендуется применять методы эквивалентных величин.

Класс энергоэффективности

В настоящее время вопросам энергоэффективности уделяется огромное внимание. При этом под энергоэффективностью понимается рациональное использование энергетических ресурсов, с помощью которого достигается уменьшение потребления энергии при том же уровне мощности нагрузки. Основным показателем энергоэффективности двигателя является его коэффициент полезного действия

где Р2 – полезная мощность на валу, Р1 – потребляемая активная мощность из сети.

Стандартом IEC 60034-30 для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором были установлены три класса энергоэффективности: IE1, IE2, IE3.

ris 1 ed

Рис. 1. Классы энергоэффективности

Так, например, использование двигателя мощностью 55 кВт повышенного класса энергоэффективности позволяет сэкономить около 8000 кВт в год от одного двигателя.

Степень защиты IP, виды климатических условий и категорий размещения

ГОСТ Р МЭК 60034-5 – 2007 устанавливает классификацию степеней защиты, обеспечиваемых оболочками машин.

Обозначение степени защиты состоит из букв латинского алфавита IP и последующих двух цифр (например, IP55).

Большинство электродвигателей, выпускаемых в настоящее время, имеют степени защиты IP54 и IP55.

Категория размещения обозначается цифрой:

1 – на открытом воздухе;

2 – под навесом при отсутствии прямого солнечного воздействия и атмосферных осадков;

3 – в закрытых помещениях без искусственного регулирования климатических условий;

4 – в закрытых помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями.

Климатические условия:

У – умеренный климат;

УХЛ – умеренно холодный климат;

ХЛ – холодный климат;

Т – тропический климат.

Таким образом, при выборе электродвигателя необходимо учитывать условия окружающей среды (температура, влажность), а также необходимость защиты двигателя от воздействия инородных предметов и воды.

Например, использование электродвигателя с типом климатического исполнения и категорией размещения У3 на открытом воздухе является недопустимым.

Усилия, действующие на вал двигателя со стороны нагрузки

Наиболее нагруженными в двигателе являются подшипниковые узлы. Поэтому при выборе двигателя должны быть учтены радиальные и осевые усилия, действующие на рабочий конец вала двигателя со стороны нагрузки. Превышения допустимых значений сил приводит к ускоренному выходу из строя не только подшипников, но и всего двигателя (например, задевание ротора о статор).

Обычно допустимые значения сил для каждого подшипника приведены в каталогах. Рекомендуется в случае повышенных радиальных усилий (ременная передача) на рабочий конец вала установить роликовый подшипник, при этом предпочтительным является двигатель с чугунными подшипниковыми щитами.

Особенности конструкции двигателя при работе от преобразователя частоты

В настоящее время все большее распространение приобретает использование частотно-регулируемого привода (ЧРП), выполненного на основе асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

При использовании частотно-регулируемого привода достигается:

1. экономия электроэнергии;

2. плавность пуска и снижение пусковых токов;

3. увеличение срока службы двигателя.

В общем случае стандартный электродвигатель нельзя использовать в составе частотно-регулируемого привода, так как при уменьшении скорости вращения снижается эффективность охлаждения. При регулировании скорости вверх от номинальной резко увеличивается нагрузка от собственного вентилятора. В обоих случаях уменьшается нагрузочная способность двигателя. Кроме того, в случае использования двигателя в системах точного регулирования необходим датчик положения ротора двигателя.

При работе электродвигателя от преобразователя частоты в контуре вал – фундаментная плита могут протекать токи. При этом возникает точечная эрозия на шариках и роликах, на беговых кольцах подшипников качения, а также на баббитовой поверхности подшипников скольжения. От электролиза смазка чернеет, подшипники греются. Для разрыва контура прохождения подшипниковых токов на неприводной конец вала устанавливается изолированный подшипник. При этом по условиям безопасности установка изолированных подшипников с двух сторон двигателя не допустима.

Величина подшипниковых токов становится опасной для безаварийной работы двигателя при напряжении между противоположными концами вала более 0,5 В. Поэтому установка изолированного подшипника обычно требуется для электродвигателей с высотой оси вращения более 280 мм.

Примечание

Необходимо отметить, что в случае отклонения условий эксплуатации двигателя (например, температуры окружающей среды или высоты над уровнем моря), мощность нагрузки должна быть изменена. Кроме того, при снижении мощности нагрузки в определенные моменты времени для рационального использования двигателя может быть изменена схема соединения обмотки, а, следовательно, и фазное напряжение.

Популярные товары

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.

Электродвигатель переменного тока компании Able

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:

Формула расчета мощности на валу электродвигателя

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

Номинальную мощность электродвигателя желательно выбирать больше расчетного значения.

Формула расчета мощности электродвигателя для насоса

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 давления

Формула расчета мощности электродвигателя для компрессора

Мощность поршневого компрессора легко рассчитать по следующей формуле:

Формула расчета мощности поршневого компрессора

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:

Расчет значения A

или взять из таблицы

Формула расчета мощности электродвигателя для вентиляторов

Формула расчета мощности электродвигателя для вентилятора

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.

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 электродвигателей постоянного тока

Номинальный ток трехфазных электродвигателей переменного 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

Формула расчета пускового тока электродвигателя

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

Двигатель с двумя уровнями мощности

И. Ф. ГНЕДАШ, А. И. МАЗУРЕНКО, Е. А. МОРОЗОВ

ТАНКОВАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА С ДВУМЯ ДВИГАТЕЛЯМИ

В качестве возможного варианта силовой установки танка предлагался исполь­зовать схему силовой установки c двумя двигателями, что позволит отказаться от разработки нового двигателя большой мощности. Приводится описание опытного макета танка.

Требования к подвижности танков непрерывно возрастают. Предполагается, что средняя скорость танка ближайшего будущего при движении по сухим грунтовым дорогам должна достигать 50…55 км/ч. Для достижения такой скорости удельная мощность танка должна быть не менее 21. 23 кВт/т, а максимальная скорость, обеспечиваемая скоростным диапазоном трансмиссии 80…90 км/ч.

Преодоление естественных препятствий и искусственных заграждений, проделывание проходов при помощи навесного и встроенного оборудования требуют дополнительного увеличения мощности силовой установки.

Защита от противотанковых средств достигается различными путями, но основным является совершенствование тактических способов боевого применения танков. В последние годы за рубежом

Ведутся активные исследования концепции нового поколения танков. Одной из важных мер рассматривается повышение подвижности с целью защиты танка за счет маневрирования под огнем. Исследования показывают, что за счет защитного маневрирования на поле боя вероятность попадания в танк снижается в 2-4 раза, защищенность повышается в 1,5-2 раза. Это относится в особенности к защите от управляемых ракет.

Повышение параметров тактической подвижности требует существенного роста удельной мощности и высоких характеристик разгона и торможения, качественного улучшения условий движения задним ходом, надежной управляемости в сочетании хорошей обзорностью с места водителя.

По оценке отдельных специалистов, для достижения параметров маневрирования, обеспечивающих заметный вклад в защищенность, необходимо обеспечить удельную мощность танка 29. 32,5 кВт/ т .

Таким образом, для увеличения подвижности танка с прогнозируемой массой требуется силовая установка мощностью 1320. 1470кВт. Рассмотрим возможные направления создания двигателей повышенной мощности. Для повышения мощности силовой установки с турбопоршневым двигателем имеются два пути: форсирование по среднему эффектному давлению и кратковременное периодическое форсирование.

Анализ первого направления показывает, что высокие параметры быстроходности современных танковых двигателей исключают возможность их форсирования по частоте вращения, поскольку при этом снижается безотказность и долговечность. Путь повышения мощности за счет увеличения рабочего объема цилиндров приводит к росту массогабаритных показателей и также неприемлем.

С повышением мощности двигателя затрудняется создание системы охлаждения, ухудшается топливная экономичность, возникает проблема устойчивости рабочего процесса и пуска при высоких значениях давления наддува.

При существующих компоновочных схемах моторно-трансмиссионного отделения танка создание дизеля мощностью 1320. 1470 кВт представляется весьма проблематичным, потребует длительного времени и значительных материальных затрат на его разработку и последующую организацию серийного производства.

Второе направление — кратковременное форсирование вызывает меньшие трудности. Исследования тепловой инерции цилиндропоршневой груп­пы, головок блока и выпускных коллекторов показывают, что практически любой из двигателей современных ВГМ можно форсировать на 20…30 % мощности в течение 15…30 с .

В дальнейшем, при выполнении комплекса исследований, связанных с применением турбонаддува , новых материалов, улучшением конструкции теплонагруженных деталей и систем управления, можно рассчитывать на форсирование мощности двигателя до 50…60% в течение 1…1,5 мин [1].

Однако метод кратковременного форсирования является, по сути, разовым приемом и его применение в зависимости от дорожных условий или конк­ретной обстановки на поле боя практически невоз­можно. Его периодичность и длительность строго регламентированы и определяются тепловым сос­тоянием двигателя, не связанным с конкретными потребностями, диктуемыми боевой обстановкой. Для решения рассматриваемой проблемы не­обходимо также учитывать загрузку двигателя. По данным эксплуатации, она колеблется и широких пределах, при высокой вероятности неполной за­грузки двигателя. Статистические данные по рас­пределению времени работы двигателей современ­ных серийных танков мощностью 515…736 кВт на различных эксплуатационных режимах показыва­ют, что 60% времени составляет работа на внеш­ней характеристике, 7 — в тормозном режиме и 33% — на частичных характеристиках [2].

Высокие динамические качества танков в ука­занном диапазоне мощностей в сочетании с хоро­шей топливной экономичностью при малой загруз­ке можно обеспечить двигателями с двумя уровня­ми мощности.

Второй, нижний, уровень мощности необходим для экономичной эксплуатации танка при ограниченной скорости движения и сравни­тельно легких дорожных условиях [3].

Для танкового дизеля со всережимным регули­рованием два уровня мощности обеспечиваются ре­гулятором с управляемой внешней характеристи­кой. Двигатель с двумя уровнями мощности дает хорошую топливную экономичность, но не решает всех проблем.

Силовую установку с удельной мощностью, до­статочной для обеспечения танку высоких пара­метров подвижности при удовлетворительной топ­ливной экономичности, можно создать из двух одинаковых двигателей умеренной мощности.

В истории советского и зарубежного танкостро­ения известны примеры силовых установок с двумя двигателями. Во время второй мировой войны та­кие установки применялись на советских легких танках Т-70 и самоходных орудиях СУ-76М, а так­же на американских танках M-4A1 и М-24. В пос­левоенные годы силовая установка с двумя двига­телями нашла применение па шведском танке Strv-10З и отечественных бронетранспортерах БТР-60 и БТР-70.

Для отечественного танка может быть примене­на силовая установка (рис. 1) с двумя одинаковы­ми двигателями 7, размещенными в средней части танка, бортовыми гидрообъемно-механическими трансмиссиями 4 и гидрообъемным приводом меха­низма поворота 8. Механизм реверса 6 обеспечива­ет возможность движения передним и задним хо­дом с одинаковыми скоростями.

Каждый из двигателей развивает мощность 590…660 к Вт с кр атковременным форсированием до 740 кВт. Таким образом, общая мощность сило­вой установки достигает 1180…1320 кВт, а удель­ная мощность макета 33…37 кВт/т. Это позволит обеспечить удельную мощность танку равную 29 кВт/т. Отпадет необходимость длительной раз­работки нового танкового двигателя большой мощ­ности. Предлагаемая схема повышает долговечность и топливную экономичность силовой уста­новки за счет рационального использования мощ­ности одного или обоих двигателей.

Схема шасси танка с силовой установкой, имеющей два двигателя

Ходовой макет шасси танка с силовой установкой с двумя двигателями и 4-гусеничной ходовой частью:

Рис. 1. Схема шасси танка с силовой установкой, имеющей два двигателя:

1- ведущее колесо; 2 — направляющее колесо; 3 – бортовой редук­тор; 4 — гидрообъемно-механическая трансмиссия; 5 — редуктор ГОП; 6 — реверс с понижающим редуктором; 7 — двигатель; 8 — гидрообъемный привод механизма поворота

Рис. 2. Ходовой макет шасси танка с силовой установкой с двумя двигателями и 4-гусеничной ходовой частью:

1 — кабина, 2 — передняя часть; 3 — задняя часть.

Расположенная в средней части танка, впереди боевого отделения, силовая установка обеспечивает дополнительную защиту экипажа. Четырехгусеничная ходовая часть, обусловленная такой компоновочной схемой, существенно повысит живучесть танка при минном подрыве. Увеличению живучести способствует также раздельное исполнение систем, обслуживающих каждый двигатель.

На базе танка с двумя двигателями можно создать семейство машин с использованием одного или двух двигателей в зависимости от типа и назначения машины, от массы и мощности, потребляемой навесным оборудованием.

Необходимо отметить, что схема танка с двигателями и четырьмя гусеницами требует специальных исследований. Одной из проблем является разработка системы управления двумя двигателями, их согласование в различных режимах движения. Требуется исследование поворотливости танка, потерь мощности в трансмиссии и ходовой части, а также ряд других вопросов. Этим работам должна предшествовать оценка боевой эффективности танка с учетом его взаимодействия со всем комплексом машин поддержки, сопровождения обеспечения.

Для проверки принципиальных вопросов управления 2-двигательной силовой установкой, а также условий работы и характеристик 4-гусеничной ходовой части создан ходовой макет шасси (рис. 2).

Макет изготовлен па базе двух танков Т-64А с двигателем 5ТДФ. У танков вырезана верхняя часть корпуса с боевыми отделениями; отделение управления и моторно-трансмиссионное связанны в единый модуль. Соединенные кормовыми частями, они образуют ходовой макет с двумя двигателями и четырьмя гусеничными обводами.

Масса макета 35,6 т. Бортовые редукторы задней части макета модернизированы так, что они обеспечивают движение со скоростью, соответствующей ско­рости движения передней части. В передней части макета установлена система управления двигателями. Она осуществляется дистанционно из кабины.

Вывод. Для повышения мощности силовой установки можно использовать два двигателя. Испытания макета танка с двумя двигателями позволят оценить целесообразность этого принципа.

Руденко А. Г., Павлова Л. А. Теплонапряженность де­талей газовыпускного тракта при форсировании дизеля // Вестник бронетанковой техники. 1987. № 1. С. 46—49.

Силин Н. В., Староверов А. Е., Сысоев В. С. Повыше­ние экономичности двухтактного дизеля регулированием при­вода турбокомпрессора // Вопросы оборонной техники. Сер. 6. 1986. Вып . 4, С. 8—12.

Калинина-Иванова Е. В. Пути повышения топливной экономичности танка // Вестник бронетанковой техники. 1986. М 6.

Статья поступила в редколлегию 18.04.90.

(Вестник бронетанковой техники, № 10. 1990)

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector