西门子电机
石油和天然气运营商要求设备满足一定的API标准。
西门子

系统用户或操作员何时需要电机加速启动时间?首先,操作人员将加速启动时间作为驱动设备控制系统的众多输入之一。在最初设置控制系统时,操作员将输入制造商提供的估计加速时间。

然后,在启动新电机时,由于实际的现场负载和电源,观测到的加速度启动时间可能与制造商提供的初始估计值略有不同,因此随后测量的加速度值将用于取代系统控制中的估计值。

西门子图表
图1:速度与转矩曲线-满载电压下的电机转矩分布显示在被驱动设备的负载转矩需求占电机满载转矩的百分比。(图片由西门子提供)

当启动控制中没有准确地包含加速时间时,当电机处于失速状态或加速时间延长过长时,电机可能会过热。这种过热会在危险环境中导致危险和/或对电机造成永久性损坏。电机供应商还将估计加速启动时间,以确保遵守行业标准。例如,美国石油学会(API) 541第5版标准要求高级电机的热失速时间为
电机超过加速启动时间的150%或比加速启动时间长5秒。

通常,石油和天然气、化工和其他可燃场所(如含有煤尘、纤维颗粒等)的操作工程师要求其制造商满足这一标准或以其他方式满足类似标准。

加速启动时间的计算(公式1)应该是电机制造商要求的初始规格的一部分。在设计阶段,制造商的工程师可以提供一个估计的加速启动时间,供操作人员批准。

方程1

如果加速启动时间需要调整,制造商的工程师可以在设计阶段做出适当的设计选择,但一旦电机制造出来,加速启动时间就不容易调整。

工程师定期询问加速启动时间的依据。本文将解释细节,概述为什么估计会随着测量的开始时间而变化,以及工程师何时可能需要使用该公式。

加速度时间公式

每增加速度的平均可用扭矩(Ta)是通过满载扭矩(FLT)乘以加速扭矩(每单位扭矩,或PUT)来计算的。加速转矩是负载转矩曲线和电机转矩曲线在给定的速度增量增加之间的单位值差的平均值。换句话说,加速转矩是电机转矩和负载转矩需求之间的百分比差测量两个不同的和连续的旋转每分钟(rpm)值。

通常,为∆rpm增量所选择的分段与系统的扭矩曲线成比例对应。在每单位rpm范围的低端(高达80%),可以选择10%的增量,但随着负载的增加,增量应该缩小。

负载曲线之间的差异在更高的负载下变得更加可变,因此5%或更小的增量在高rpm范围内捕获这种变异性。为求和选择的特定间隔(10%等)可以根据计算加速度时间的人的需要而变化,较小的间隔提高了精度,但增加了计算的难度。

图
图2:制造商提供的速度-扭矩曲线有助于生成表中的值。

加速度时间示例

为了帮助理解这个公式是如何工作的,考虑下面这个例子:

电机马力(hp) = 250

电机转速(rpm) = 1787

转子电机惯性= 88磅。英尺。平方。

负载惯性= 1,016.7磅。英尺。平方英尺。

总惯性= 1,104.7磅。ft.sq。

制造商提供负载速度-转矩曲线与电机一起绘制预期负载曲线和电机转矩输出占电机满载转矩的百分比,如上图所示。使用该曲线生成如图2所示的表格。将表中加速度次数的间隔加起来,总加速度时间如式2所示。

方程2

加速度开始时间公式灵敏度

该公式需要估计平均扭矩可用于加速,并对平均扭矩的变化敏感。在估计中产生的任何误差都会导致加速度时间的相应误差。该公式还需要电机的组合惯量(由制造商提供)和负载估计值。如果不包括这两者,则会低估加速时间,并且其中任何一个的错误都会导致开始时间计算中的比例误差。

最后,该公式对计算误差很敏感。尽管所有公式都容易受到“垃圾进垃圾出”情况的影响,但人工估计所需的计算量非常大,一个错误就有很大的机会歪曲结果。团队合作总是一个好主意,这样多双眼睛就可以检查数字。

这个公式适用于哪里?

加速度时间公式不适用于具有变频驱动(VFD)控制的电机,因为决定加速度的是软件,而不是电机。该公式适用于所有连续负载应用和电机,如泵,风扇,压缩机等。BETVICTOR体育官网

如果电机重绕,电机可能会经历细微的性能变化,这也可能影响加速启动时间的计算;执行倒带的制造商可以提供新的曲线。

额定电动机可以提供多种功率等级,以吸引各种用户和应用。然而,一旦购买了特定的应用,制造商可以提供电机的加速启动时间的估计。

虽然用户通常选择特定的应用程序,在安装后不考虑其他额定功率,但在某些情况下,紧急情况可能需要为新用途紧急部署电机。在这种紧急情况下,用户可以拿出说明书,计算在新负载、不同电压等情况下新的潜在加速时间。

如果用户了解加速时间计算的基础,那么他们就可以放心地使用制造商提供的曲线来进行所需的计算。

真实世界加速开始时间

这个公式适用于所有恒速电机的应用,那么为什么需要在现场进行调整呢?计算依赖于估计——rpm的估计,负载的估计,等等。即使好的估计也包含影响实际加速时间的小方差。

例如,供电电压的微小变化可能会使启动时间降低类似程度。此外,虽然新的中压电机是为应用定制的,但额定电机可能具有比额定应用所需的更高能力,并改变负载曲线。然而,虽然实际负载、实际电压和其他变量的变化可能会改变观测到的加速度开始时间,但这个公式提供了一个合理的起点。

一旦测量了实际的开始时间,用户通常会设置并忘记加速时间。但是,如果实际加速启动时间在电机的使用寿命中显著漂移,则可能触发监控系统警报。改变开始时间可能表明一个问题与输入的权力,潜在的过程改变,或一个问题与电机;所有这些都需要进一步检查。

加速开始时间通常不需要计算,但它总是有助于加深对未来某一天的理解,当这些知识派上用场时。

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