Калькуляторы
Калькулятор выбора SINAMICS/MICROMASTER
Данный калькулятор предназначен для предварительного подбора двигателя и преобразователя частоты (привода) серий SINAMICS и MICROMASTER производства Siemens на основе параметров механизма и условий эксплуатации. Калькулятор использует инженерные формулы и упрощенные алгоритмы для определения необходимой мощности, момента, а также для выбора соответствующего оборудования.
Калькулятор особенно полезен на начальных этапах проектирования, когда необходимо быстро оценить требуемые характеристики привода и предварительно выбрать модели оборудования.
Расчет двигателя и привода основан на следующих ключевых параметрах:
1. Определение момента
Общий момент на валу двигателя складывается из статического и динамического моментов:
где:
- Mстатический – момент сопротивления механизма при установившемся движении
- Mдинамический – момент, необходимый для разгона или торможения
- Kпрофиля – коэффициент, учитывающий характер нагрузки
2. Расчет статического момента
Для различных механизмов используются разные подходы:
- Для подъемных механизмов: Mстатический = m × g × r × Kнагрузки
- Для транспортёров: Mстатический = F × r × Kтрения
- Для насосов и вентиляторов: Mстатический зависит от квадрата скорости
3. Расчет динамического момента
где:
- J – момент инерции системы
- ε – угловое ускорение
- ω2 - ω1 – изменение угловой скорости
- tразгона – время разгона
4. Расчет требуемой мощности
где:
- P – мощность, Вт
- Mобщий – общий момент, Н·м
- ω – угловая скорость, рад/с (ω = 2π × n / 60, где n – скорость в об/мин)
- η – КПД системы
5. Выбор стандартной мощности двигателя
Расчётная мощность корректируется с запасом (обычно 20%) и округляется до ближайшей стандартной мощности двигателя из ряда: 0.12, 0.18, 0.25, 0.37, 0.55, 0.75, 1.1, 1.5, 2.2, 3, 4, 5.5, 7.5, 11, 15, 18.5, 22, 30, 37, 45, 55, 75, 90, 110, 132, 160, 200, 250, 315 кВт и т.д.
| Тип механизма | Коэффициент нагрузки | Коэффициент КПД | Особенности |
|---|---|---|---|
| Насос | 0.9 | 0.85 | Момент растет квадратично с ростом скорости |
| Вентилятор | 0.8 | 0.85 | Момент растет квадратично с ростом скорости |
| Конвейер | 1.2 | 0.8 | Постоянный момент во всем диапазоне скоростей |
| Подъемник | 1.5 | 0.75 | Высокий пусковой момент, необходимость тормозного режима |
| Компрессор | 1.3 | 0.8 | Высокий пусковой момент |
| Миксер | 1.4 | 0.75 | Высокая инерционность, возможные пульсации нагрузки |
Исходные данные:
- Тип механизма: Насос
- Профиль нагрузки: Постоянная нагрузка
- Максимальная скорость: 3000 об/мин
- Минимальная скорость: 600 об/мин
- Момент инерции системы: 0.5 кг·м²
- Время разгона: 5 с
Расчет:
- Статический момент для насоса (упрощенно): 20 Н·м × 0.9 (коэффициент нагрузки) = 18 Н·м
- Изменение угловой скорости: Δω = 2π × (3000 - 600) / 60 = 2π × 2400 / 60 = 251.3 рад/с
- Динамический момент: Mдинамический = 0.5 кг·м² × 251.3 рад/с / 5 с = 25.13 Н·м
- Общий момент: Mобщий = (18 + 25.13) Н·м × 1.0 (коэффициент профиля) = 43.13 Н·м
- Угловая скорость: ω = 2π × 3000 / 60 = 314.16 рад/с
- Мощность: P = 43.13 Н·м × 314.16 рад/с / 0.85 = 15.9 кВт
- Мощность с запасом 20%: 15.9 кВт × 1.2 = 19.08 кВт
- Ближайшая стандартная мощность: 22 кВт
Результат:
- Рекомендуемый двигатель: Асинхронный двигатель SIMOTICS GP 1LE5 мощностью 22 кВт
- Рекомендуемый привод: SINAMICS G120 CU240E-2
- Типоразмер: FSD PM240-2
При выборе привода калькулятор учитывает следующие факторы:
1. Диапазон регулирования скорости
Рассчитывается как отношение максимальной к минимальной скорости:
- Для диапазона до 1:10 подходят базовые модели (например, MICROMASTER 420)
- Для диапазона до 1:100 рекомендуются стандартные модели (например, MICROMASTER 440)
- Для более широкого диапазона требуются векторные преобразователи (например, SINAMICS G120)
2. Профиль нагрузки
- Для постоянной и переменной нагрузки подходят серии G (G120)
- Для циклической нагрузки и высоких требований к динамике рекомендуются серии S (S120)
3. Условия эксплуатации
- Температура: При температуре выше 40°C требуется снижение номинальной мощности привода
- Высота: На высоте более 1000 м над уровнем моря требуется снижение мощности (около 1% на каждые 100 м)
- Степень защиты: Выбор оборудования с соответствующим IP-классом
1. Максимально точно заполняйте исходные данные
Чем точнее исходные данные, тем более корректным будет результат расчета. Особенно важны данные о моменте инерции и профиле нагрузки.
2. Учитывайте пиковые нагрузки
Если механизм имеет кратковременные пиковые нагрузки, укажите их при выборе профиля нагрузки, выбрав опцию "С высоким пусковым моментом" или "Циклическая нагрузка".
3. Проверяйте результаты
Результаты калькулятора являются предварительными. Для окончательного выбора рекомендуется проверить подобранное оборудование по каталогам производителя или специализированным программам подбора, таким как SIZER от Siemens.
4. Консультируйтесь со специалистами
При выборе привода для сложных или ответственных механизмов рекомендуется получить консультацию квалифицированного инженера-проектировщика.
Автор не несет ответственности за любой ущерб, включая, но не ограничиваясь, прямой или косвенный, возникший в результате использования данного калькулятора или принятия решений на основе полученных с его помощью результатов. Окончательный выбор оборудования должен производиться квалифицированными специалистами с использованием точных методик расчета и с учетом конкретных условий эксплуатации.
Все упоминаемые товарные знаки, включая SINAMICS и MICROMASTER, являются собственностью их владельцев.
- Siemens AG, Drive Technology Configurator, техническая документация
- Siemens AG, Industry Online Support, руководства по эксплуатации SINAMICS и MICROMASTER
- Соколовский Г.Г., "Электроприводы переменного тока с частотным регулированием", Учебник для вузов, 2006
- Онищенко Г.Б., "Электрический привод", Учебник для вузов, 2003
- IEC 60034, "Rotating electrical machines", международный стандарт
