Расчет электромеханической системы электропривода, состоящей из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, механической передачи и рабочей машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электрический транспорт»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Электрический привод»

на тему: «Расчет электромеханической системы электропривода, состоящей из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, механической передачи и рабочей машины»

Выполнил: студент гр. ЭЭб-2015

Гугнин С. А.

Проверил: Доцент кафедры ЭТ

Шищенко Е.В.

Самара 2019



Содержание

асинхронный двигатель привод электрический

Введение

Задание

Обозначения в данном курсовом проекте

1. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя привода

2. Определение необходимой мощности асинхронного двигателя привода

3. Проверка правильности выбора мощности двигателя по нагреву методом средних потерь

4. Расчет и построение механической характеристики электродвигателя

5. Расчет и построение механической характеристики рабочей машины

6. Определение продолжительности пуска электродвигателя с нагрузкой

7. Расчет потерь энергии в асинхронном двигателе при номинальном напряжении питания и пуске системы

8. Расчет предельно допустимой частоты включений электропривода

9. Расчет и построение кривой изменения превышения температуры электродвигателя

10. Принципиальная электрическая схема автоматического управления электродвигателем

Заключение

Литература



Введение

Электропривод является неотъемлемой частью многих промышленных установок и технологических комплексов, используемых в различных отраслях народного хозяйства, науки и техники. Наряду с тенденцией автоматизации технологических и производственных процессов на базе вычислительной техники, современный электропривод стал наиболее распространенной разновидностью систем автоматического управления техническими объектами. Учет этих факторов позволяет улучшить качество выпускаемой продукции и увеличить объемы мирового производства.

В настоящее время электромеханическое преобразование энергии используется практически во всех технических объектах, где синтезированы знания и труд выпускников высших учебных заведений многих специальностей и квалификаций. Именно поэтому электропривод как общепрофессиональная техническая дисциплина не только изучается студентами, избравшими специальность «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», но и входит в программу подготовки по многим другим специальностям.

Появление новых научных и технических решений и изменение самого электропривода в современных условиях требует дополнений во многие разделы дисциплины «Электрический привод». Рассмотрение современных систем электроприводов требует тщательного анализа совместной работы основного элемента - электродвигателя, с другими устройствами, входящими в состав электропривода (преобразовательными агрегатами, механическими звеньями и др.), глубокого понимания физических процессов в электроприводе, знакомства с современными техническими решениями, умения самостоятельно и творчески решать задачи проектирования, исследования, наладки и эксплуатации современных технологических установок в любых отраслях промышленности.

В современном промышленном производстве, на транспорте, в строительстве, в быту осуществляются различные технологические процессы, для реализации которых созданы тысячи самых разнообразных машин. С их помощью организуется добыча полезных ископаемых, обрабатываются различные материалы и изделия, перемещаются люди, предметы труда, жидкости и газы и реализуются многие другие процессы, необходимые для жизнеобеспечения человека. Так, добыча полезных ископаемых ведется с помощью экскаваторов, буровых установок и угольных комбайнов, детали и материалы обрабатываются на разнообразных станках, люди и изделия перемещаются электрическим транспортом, лифтами и эскалаторами, жидкости и газы транспортируются с помощью насосов и вентиляторов.

Часто рабочая машина служит для выполнения нескольких технологических процессов. Например, подъемно-транспортная машина имеет как минимум два механизма - механизм подъема груза и механизм перемещения.

Итак, рабочие машины и механизмы - устройства для замены человеческого труда в производстве, обслуживании и других областях деятельности человека и изменения формы, свойств, состояния и положения предметов труда.

Рабочая машина (механизм) в свою очередь состоит из множества взаимосвязанных деталей и узлов, один из которых непосредственно выполняет заданную операцию технологического процесса и поэтому называется исполнительным органом. В лифтах - это кабина, в экскаваторах - ковш, у вентиляторов и насосов - рабочее колесо (крыльчатка), во фрезерном станке - фреза и др. При этом необходимо учитывать одно очень важное обстоятельство - все технологические процессы осуществляются за счет механического движения исполнительных органов. Кроме того, в машине (механизме) может быть не один исполнительный орган, а несколько взаимодействующих, например, в транспортере это барабан, перемещающий ленту, и собственно сама лента, на которой лежит груз.

Исполнительный орган в процессе выполнения заданной технологической операции должен преодолевать сопротивление своему движению, обусловленное наличием сил трения или сил тяжести, упругой и пластической деформациями веществ или другими факторами. Для этого к нему должна быть подведена механическая энергия от устройства, которое в соответствии со своим назначением получило название привод.

Механическая энергия вырабатывается приводом за счет использования других видов энергии. В зависимости от вида используемой энергии различают мускульный (энергия действия мышц человека или животного), гидравлический (энергия падающей жидкости), пневматический (энергия сжатого воздуха), тепловой (энергия сгорающего топлива) и электрический приводы. В современном промышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в других областях наибольшее применение находит электрический привод, основным источником механической энергии в котором является электродвигатель.

Электропривод - электромеханическая система, осуществляющая преобразование электрической энергии в механическую, состоящая из взаимосвязанных и взаимодействующих друг с другом электротехнических, электромеханических и механических устройств, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов машин и механизмов и управления этим движением.

Широкое применение электрического привода объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими видами приводов: надежность и экономичность процесса передачи электрической энергии на большие расстояния и ее преобразования в механическую энергию; большой диапазон мощности электроприводов и скорости их движения; разнообразие конструктивных исполнений, что позволяет рационально сочленять привод с исполнительным органом рабочей машины и использовать для работы в различных условиях (в воде, среде агрессивных жидкостей и газов, космическом пространстве); простота автоматизации технологических процессов; высокий КПД и экологическая чистота.

Возможности использования современных электроприводов продолжают постоянно расширяться за счет достижений в смежных областях науки и техники: электромашиностроении и электроаппаратостроении, электронике и вычислительной технике, автоматике и механике.



Задание

Для электромеханической системы электропривода, состоящей из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, механической передачи и рабочей машины.

1) На основании исходных данных (таблица А.1) индивидуального задания построить нагрузочную диаграмму электродвигателя привода, рассчитать эквивалентную (среднеквадратическую) нагрузку электропривода и нанести ее на нагрузочную диаграмму.

2) Определить необходимую мощность асинхронного двигателя привода из условий обеспечения:

а) допустимого нагрева электродвигателя;

б) пуска со снижением напряжения на U 30 % ( u_п = 0,7 согласно ПУЭ);

в) статическую устойчивость электропривода при возможном снижении питающего напряжения на U = 20 % ( u_р = 0,8 ) при максимальной нагрузке.

3) Выбрать по каталогу (таблицы Б.1-Б.2) в качестве приводного электродвигателя асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором общего назначения серии 4А или АИ. Проверить правильность выбора мощности электродвигателя по нагреву методом средних потерь.

4) Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя f₁ (M _дв ).

5) Рассчитать и построить на том же графике механическую характеристику

рабочей машины, приведенную к частоте вращения вала электродвигателя f ₂ (M _с ).

6) Определить продолжительность пуска электродвигателя с нагрузкой:

а) при номинальном напряжении питания;

б) при снижении питающего напряжения на U% от его номинального значения.

7) Рассчитать потери энергии в асинхронном двигателе при номинальном напряжении питания и пуске системы:

а) с нагрузкой;

б) без нагрузки.

8) Рассчитать, исходя из допустимого (нагрева электродвигателя, предельно допустимую частоту включений электропривода при ПВ, %, номинальной нагрузке при работе и номинальном напряжении питания для режимов пуска системы:

а) с нагрузкой;

б) без нагрузки.

9) Рассчитать и построить кривую изменения превышения температуры электродвигателя при работе и после отключения, совместив ее с нагрузочной диаграммой. Температуру двигателя до его включения принять равной температуре окружающей среды. Температура окружающей среды неизменна.

10) Составить согласно заданию принципиальную электрическую схему автоматического управления электродвигателем. Предусмотреть защиту электродвигателя от перегрузки и токов короткого замыкания, а цепей управления - от токов короткого замыкания. Выбрать соответствующую аппаратуру автоматической защиты и управления. Привести краткое описание схемы электропривода и пояснить ее работу.



Обозначения в данном курсовом проекте

Р_н - номинальная мощность электродвигателя (на валу), кВт;

n_н - номинальная угловая скорость вала электродвигателя, об/мин;

_к - кратность максимального вращающего момента электродвигателя по отношению к его номинальному моменту (перегрузочная способность);

_п - кратность пускового вращающего момента электродвигателя по отношению к его номинальному моменту;

_м - кратность минимального вращающего момента электродвигателя по отношению к его номинальному моменту;

i_п - кратность пускового тока по отношению к номинальному току;

GD_дв² - момент инерции ротора электродвигателя, кг·м² ;

n_мн - номинальная угловая скорость рабочей машины,об/мин;

М_мн - момент статического сопротивления рабочей машины при ее номинальной скорости вращения n_н, Н·м;

М_мо - начальный момент статического сопротивления рабочей машины, равный моменту сопротивления рабочей машины при пуске за вычетом момента сопротивления, обусловленного трением покоя, Н·м ; М_мо 0,2·М_мн;

GD_рм² - момент инерции рабочей машины, кг·м²;

х - показатель степени, характеризующий изменение момента статического сопротивления рабочей машины;

_п - КПД механической передачи;

U - снижение питающего напряжения от номинальной величины, %;

_н - номинальный КПД электродвигателя, %.



1. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя привода

Таблица 1

Исходные данные

N вар.			Р3		мин	мин	мин	мин			Н М		х
5	4,8	4	4,8	4	10	20	10	20	0,96	400	30	0,010	0

Эквивалентная по нагреву постоянная мощность нагрузки на валу электродвигателя рассчитывается по выражению:

(1.1)

где Рi - мощность на валу электродвигателя в i-й период работы, кВт;

ti - продолжительность i-гo периода работы, мин;

m - количество периодов нагрузки.

= 4,28 ()

Рассчитаем среднюю мощность нагрузки на валу электродвигателя:

(1.2)

)

Степень неравномерности нагрузки оценивается на основании расчета значения коэффициента формы нагрузочной диаграммы:

(1.3)

По значению коэффициента формы нагрузочной диаграммы определяем вид нагрузки: резкопеременная (ударная) - более 1,05 (1,18)

2. Определение необходимой мощности асинхронного двигателя привода

Мощность электродвигателя из условия обеспечения его допустимого нагрева при работе определяется по соотношению:

(2.1)

где Р_н - номинальная мощность электродвигателя, кВт; p_м - коэффициент механической перегрузки.

Коэффициент механической перегрузки определяется через коэффициент тепловой нагрузки двигателя:

(2.2)

где - отношение постоянных потерь мощности электродвигателя к переменным, для асинхронных двигателей общего назначения = 0,5 - 0,7

(2.3)

t p t_i- продолжительность работы электродвигателя с нагрузкой, мин;

t₀ - продолжительность отключения электродвигателя до следующего включения, мин, принять 10;

в₀ - коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи двигателя в отключенном состоянии и равный отношению теплоотдачи отключенного двигателя к теплоотдаче при его работе: для закрытых, без наружного охлаждения или с принудительной независимой вентиляцией - 0,9-1,0; для закрытых с наружным охлаждением от собственного вентилятора на валу двигателя - 0,45-0,55; для защищенных, с вентиляцией от собственного вентилятора на валу - 0,25-0,35; принять ₀ = 0,5.

Т_н - постоянная времени нагрева электродвигателя, мин.

Т_н = 20 минут;

=

; 18,5 4,231

Для обеспечения пуска электропривода мощность двигателя должна быть достаточной для выполнения условия:

M _{П (U)} M _стр + М _изб

где M _{П (U)} - пусковой момент электродвигателя с учетом возможного снижения напряжения питания при пуске, Н·м;

M _стр - момент статического сопротивления на валу двигателя при трогании, Н·м, принимается равным M _мо ;

М _изб - минимальный избыточный момент, необходимый для обеспечения пуска двигателя, Н·м, обычно М_изб = 0,2M _мн = 0,2 · 30 = 6 Н·м

Применительно к асинхронному двигателю привода соотношение (2.4) можно записать в виде:



М_нµ_пu_п² М_стр + М_изб,

где - кратность пускового момента асинхронного двигателя по отношению к его номинальному моменту;

- относительный уровень питающего напряжения при пуске асинхронного двигателя в долях от номинального.

= 0,8

Если обе части выражения (2.5) умножить на номинальную угловую скорость вращения асинхронного двигателя М_н и учесть, что M _нн = Р_н, то окончательно получим формулу для определения необходимой мощности асинхронного двигателя из условия обеспечения его пуска:

·щ_н (2,6)

41,86 рад/с

Вт

Для обеспечения статической устойчивости электропривода мощность двигателя должна быть достаточной, чтобы выполнялось условие статической устойчивости:

где - максимальный (критический) момент двигателя, с учетом возможного снижения напряжения при работе питания при работе двигателя, Н;

= - максимальный момент статической нагрузки на валу двигателя при его работе с максимальной нагрузкой согласно нагрузочной диаграмме, Н.

Применительно к асинхронному электроприводу выражение (2.7) можно представить в виде:

(2.8)

Умножив обе части соотношения (2.8) на номинальную угловую скорость вращения асинхронного двигателя и учитывая, что P_i·max щ_н· М_с·max = 41,86· 6 = 251,16 Вт, получим формулу для расчета мощности асинхронного двигателя из условия обеспечения статической устойчивости электропривода

(2.9)

178,38 Вт

3. Проверка правильности выбора мощности двигателя по нагреву методом средних потерь

Таблица 2

Данные для двигателя 4А160М2

тип	кВт	%		%					,дв, Кг*	M. кг
4А160М2	18,5	88,5	0,92	2,3	7,5	2,2	1,4	1,0	0,0530	150

Номинальная мощность выбираемого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором должна быть достаточной, чтобы обеспечивалось выполнение условий (2.1), (2.6) и (2.9).

Правильность выбора мощности электродвигателя, исходя из обеспечения его допустимого нагрева, уточняется методом средних потерь. Для правильно выбранного электродвигателя должно обеспечиваться условие:

(3,1)

где - номинальные потери мощности в электродвигателе, Вт;

- средние потери мощности в электродвигателе, Вт;

- уточненное значение коэффициента тепловой перегрузки.

Уточненный коэффициент тепловой перегрузки электродвигателя рассчитывается по (2.3) с использованием уточненного значения постоянной времени нагрева после предварительного определения мощности двигателя по (2.1), (2.6) и (2.9).

Необходимое значение в минутах определим по формуле:

(3,2)

где m - масса выбранного электродвигателя, кг;

- номинальный КПД двигателя;

- номинальная (паспортная) мощность двигателя, Вт;

- номинальное превышение температуры обмотки статора электродвигателя при измерении методом сопротивления, °С.

Обмотки асинхронных электродвигателей серии 4А с высотами оси вращения 50-132 мм имеют изоляцию класса нагревостойкости B, с высотами 160-355 мм - класса F. Обмотки асинхронных электродвигателей серии АИР имеют изоляцию класса нагревостойкости F. Классы нагревостойкости изоляции характеризуются следующими температурами допустимого нагрева: класс Y - 90°С, А - 105°С, E - 120°С, B - 130°С, F - 155°С, H - 180°С и C - свыше 180°С. Значения допустимых превышений температуры частей электрических машин при температуре газообразной охлаждающей среды 40°С для изоляции класса нагревостойкости А составляет 60°С, класса Е - 75°С, В - 80°С, F - 100°С и Н - 125°С.

Высота оси вращения электродвигателя 4А160М2 равна 160 мм. Следовательно, он имеет изоляцию класса нагревостойкости F.Значение =100.

Номинальные потери мощности в Вт могут быть рассчитаны по известной номинальной мощности выбранного электродвигателя , выраженный в Вт, и по известной величине номинального КПД:

Средние потери мощности в электродвигателе определяются по выражению:

(3.4)

где потери мощности в электродвигателе для i-го периода работы, Вт.

В свою очередь определяют по выражению:

(3.5)

Где - нагрузка на валу электродвигателя для i-го периода работы, Вт;

- КПД электродвигателя при нагрузке.

КПД электродвигателя для любой нагрузки находится по данным или рассчитывается по выражению:

(3.6)

где б - отношение постоянных потерь мощности электродвигателя к переменным. При отсутствии этих данных принять б = 0,6;

- степень загрузки двигателя.

0,25; 0,21;

0,824

0,8

;

1,015;

2403,95 993,10 Вт;

При холостом ходе электродвигателя (P₂=0,? =0) потери мощности в нем определяются постоянными потерями и равны:

(3,7)

901,48 Вт

Результаты расчета потерь мощности ?P_i на участках нагрузочной диаграммы занести в таблицу 3.

Таблица 3

Данные к построению кривой изменения превышения температуры электродвигателя

Периоды
Потери мощности, Вт	4800 Вт	4000 Вт	4800 Вт
t, мин				5			5
	199,7	167,74	173,4	166,4	197,4	180,86	199,7	168,54	177,59

Периоды		Отключение электродвигателя
Потери мощности, Вт	4000 Вт

t, мин	7,5			0	t=	t =
	166,4	197,54	181,31	185,92	0	0

4. Расчет и построение механической характеристики электродвигателя

Механическую характеристику асинхронного электродвигателя (М_дв) строим на основании расчета его вращающих моментов для частот, вращения, соответствующих скольжениям: 0; s = s_н; 0,1; s = s_к; 0,3; 0,4; 0,8 и 1,0.

Вращающий пусковой момент электродвигателя при s = 1,0 (=0) и минимальный момент при s = 0,8 определим, используя кратности пускового и минимального моментов, по выражениям:

и (4.1)

где - номинальный вращающий момент электродвигателя, Н*м;

- номинальная мощность электродвигателя, Вт;

- номинальная угловая скорость электродвигателя, рад/с, (- номинальная угловая скорость, об/мин).

= 0,105·400 = 42 об/мин

;

Остальные вращающие моменты электродвигателя для скольжений от 0 до 0,4 рассчитываются на основании уточненной формулы Клосса, приняв в ней с достаточной степенью точности отношение активного сопротивления обмотки фазы статора к приведенному активному сопротивлению обмотки фазы ротора равным единице:

(4.2)

Где - максимальный вращающий момент электродвигателя, Н·м:

М_к = 440,47·2,2 = 969 Н·м;

где s_к - критическое скольжение электродвигателя, соответствующее максимальному вращающему моменту;

- номинальное скольжение электродвигателя, соответствующее номинальному вращающему моменту;

- синхронная угловая скорость электродвигателя (магнитного поля статора), об/мин;

- число пар полюсов электродвигателя (ближайшее меньшее целое число);

- частота тока в электрической сети.

Такой метод расчета механической характеристики с графической интерполяцией в ее пусковой части позволяет достаточно точно определить значение критического скольжения асинхронного двигателя, воспроизвести номинальный, максимальный и пусковой вращающие моменты, а также отобразить незначительный провал в механической характеристике при скольжении около 0,8, связанный с наличием составляющих вращающего момента от высших гармонических (в основном от 5-й и 7-й гармоник), определяющий минимальный момент.

Данные расчета механической характеристики (М_дв) сведем в таблицу 4.1. Переход от скольжения s к частоте вращения щ произведем по формуле:

где

- синхронная частота вращения вала электродвигателя (магнитного поля), рад/с.



Таблица 4.1

Данные к построению механической характеристики асинхронного двигателя

s	0	0.1		0.3	0.4		0.8	1
рад/с	44,8	40,31	35,84	31,36	26,88	9,856	8,96	0
МH*м	0	431	854	929	969	528	880	0
М(U)Н*м	0	301,7	597,8	650,3	678,3	369,6	616	0

При построении механических характеристик ? = f (M ) значения ? располагают по оси ординат (функция), а значения М - по оси абсцисс (аргумент). Интерполируя механическую характеристику двигателя в ее пусковой части, следует учесть, что при скольжениях s ? s_к формула Клосса занижает действительные вращающие моменты. В частности, для s = 0,4 вращающий момент, вычисленный по (4.2), будет несколько занижен.

5. Расчет и построение механической характеристики рабочей машины

Передаточное отношение механической передачи от электродвигателя к рабочей машине:

(5.1)

C учетом изменения момента рабочей машины от угловой скорости ее вала и учитывая, что , окончательно имеем следующее выражение, связывающее приведенный момент статистического сопротивления на валу электродвигателя cо скоростью вращения его вала:

(5.2)

Давая значения от 0 до , рассчитываем зависимость

:

Результаты свести в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Данные к построению механической характеристики рабочей машины относительно вала электродвигателя

,рад/с	0	8,96	9,856	26,88	31,36	35,48	40,31	44,8
,Н*м

На основании расчетных данных строим кривую на том же графике, что и механическая характеристика электродвигателя (приложение рис.1.3)

6. Определение продолжительности пуска электродвигателя с нагрузкой

Предварительно необходимо момент инерции рабочей машины и электродвигателя, выраженный в перевести в систему единиц измерения СИ по соотношению:

(6.1)

где - момент инерции массы, ;

(6.2)

Тогда приведенный момент инерции системы электродвигатель - рабочая машина относительно вала электродвигателя можно выразить в виде:

(6.3)

где k - коэффициент, учитывающий момент инерции механической передачи от электродвигателя к рабочей машине. Принимаем k=1,2.

Затем, используя построенные механические характеристики электродвигателя и рабочей машины , находится их разность - кривая избыточного (динамического) момента: . Эту кривую заменяют ступенчатой с участками, на которых избыточный момент постоянен и равен его средней величине.

Для 1-го участка:

Для 2-го участка:

Для 3-го участка:

Для 4-го участка:

Для 5-го участка:

Для 6-го участка:

Для 7-го участка:

Продолжительность разгона электропривода на каждом участке скоростей вращения рассчитывают по выражению:

(6.4)

где - интервал скорости вращения на i-том участке, 1/с;

- средний избыточный момент на i-м участке, принимаемый постоянным, .

Полная продолжительность пуска равна сумме частичных продолжительностей:



(6.5)

0,0193 (сек);

Результаты расчета сводим в таблицу 4.3.

Таблица 4.3

Данные расчета продолжительности пуска электродвигателя

Номер участков по направлению разгона	1	2	3	4	5	6	7	8
	0	8,96	9,856	26,88	31,36	35,48	40,31	44,8
	8,96	9,856	26,88	31,36	35,48	40,31	44,8	0
	8,96	0,896	17,024	4,48	4,12	4,83	4,49	0
	605,33	626,55	890,432	847,26	627,3	659,3	632,27	0
	165	287,4	369,8	381,9	308,2	205,45	186,7	0
	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0
	0,00034	0,00036	0,0007	0,00085	0,0013	0,0014	0,00164	0

Вращающий момент асинхронного двигателя для любой фиксированной скорости вращения прямо пропорционален квадрату приложенного напряжения, поэтому для всех скоростей вращения справедливо соотношение:

(6.6)

где - вращающий момент асинхронного электродвигателя три номинальном напряжении, ;

- вращающий момент асинхронного электродвигателя при той же скорости вращения, но при напряжении по величине отличном от номинального, ;

u = U - относительное значение питающего напряжения в долях от номинального, равное

Поэтому для расчета продолжительности пуска электропривода с нагрузкой в случае снижения питающего напряжения на зажимах двигателя на U % от номинального значения необходимо пересчитать вращающие моменты асинхронного двигателя три номинальном напряжении M (U_н) для фиксированных скоростей вращения (скольжений) таблицы 4.1 по соотношению (6.6). Внести соответствующие значения пересчитанных вращающих моментов M (U) в нижнюю строку этой таблицы и повторить необходимые построения для расчета продолжительности пуска электропривода при пониженном напряжении. Данные расчета внести в соответствующие строки таблицы 4.3.

Для 1-го участка:

Для 2-го участка:

Для 3-го участка:

Для 4-го участка:

Для 5-го участка:

Для 6-го участка:

Для 7-го участка:

7. Расчет потерь энергии в асинхронном двигателе при номинальном напряжении питания и пуске системы

Потери энергии при пуске асинхронного двигателя практически полностью определяются электрическими потерями энергии в его обмотках, которые прямо пропорциональны квадрату силы тока. При прямом пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно принять, что в период пуска токи статора и ротора равны. Тогда для расчета потерь энергии в джоулях (Дж) за время пуска электродвигателя справедливо выражение:

где ?P_эл.п - номинальные электрические (переменные) потери мощности двигателя, Вт;

i_n - кратность тока двигателя по отношению к номинальному в любой рассматриваемый период времени пуска;

t_n - продолжительность пуска двигателя, с.

Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором общего назначения можно считать, что за период пуска средняя (эквивалентная) величина тока двигателя составляет 0,9 его пускового тока при = 0, т. е.

С учетом этого имеем:

Номинальные электрические потери мощности двигателя можно определить по выражению:

где б- коэффициент, равный отношению постоянных потерь мощности двигателя к переменным. Принять б=0,6.

Таким образом, обобщенная расчетная формула для определения потерь энергии в джоулях при пуске асинхронного двигателя будет:

(7.5)

Потери энергии в асинхронном двигателе, Дж, при пуске системы без нагрузки можно рассчитать не прибегая к предварительному определению продолжительности пуска с учетом, что :

(7.6)

;

8. Расчет предельно допустимой частоты включений электропривода

При нагрузке асинхронного двигателя в периоды работы близкой к номинальной, предельно допустимая частота его включения в течение одного часа, исходя из условия допустимого нагрева электродвигателя, рассчитывается по формуле [1,2,3].

(8.1)

(8.2)

85,7 %

434

9. Расчет и построение кривой изменения превышения температуры электродвигателя

Расчет превышения температуры электродвигателя на каждом участке нагрузочной диаграммы производится на основании уравнения:

(9.1)

где - начальное превышение температуры двигателя на i-м участке, ;

- установившееся превышение температуры двигателя, которое бы наступило при ограниченно длительной его работе в с нагрузкой i-го участка, .

Установившееся превышение температуры электродвигателя на каждом участке рассчитывается по формуле:

(9.2)

где А ? теплоотдача электродвигателя, Вт/.

Значение А определяется на основании каталожных данных выбранного электродвигателя по выражению:

(9.3)

где - номинальные потери мощности, Вт;

= 100 (справочные данные) для изоляции класса нагревостойкости F.

Превышение температуры двигателя в середине i-го участка:

На 1 участке:

следовательно, происходит процесс нагрева электродвигателя.

На 2 участке:

cледовательно, происходит процесс охлаждения электродвигателя.

На 3 участке:

cледовательно, происходит процесс нагрева электродвигателя.

На 4 участке:

cледовательно, происходит процесс охлаждения электродвигателя.

При отключении двигателя от сети потери мощности в нем прекратятся. Тогда согласно (9.2) и уравнение (9.1) примет вид:

(9.4)

где - постоянная времени охлаждения отключенного двигателя, (мин).

10. Принципиальная электрическая схема автоматического управления электродвигателем

Принципиальная схема автоматического управления электродвигателем вычерчивается на отдельном листе бумаге формата А4. Необходимо предусмотреть защиту цепей электропривода от токов короткого замыкания и перегрузки и выбрать соответствующую аппаратуру.

При выборе аппаратуры управления и защиты необходимо руководствоваться следующим:

- степень защиты аппаратуры должна соответствовать требуемому конструктивном исполнению и принятому способу монтажа;

- номинальное напряжение аппарата должно быть не менее номинального напряжения сети ;

- номинальный ток аппарата должен быть не менее максимального тока электрической цепи: ;

- отключающая способность аппарата должна превышать максимально возможное значение контролируемой величины;

- при защите электродвигателей от перегрузки тепловые расцепители автоматических выключателей и тепловых реле, а собственно и они сами, выбираются по номинальному току защищаемого двигателя: ;

- для обеспечения надежной работы плавких предохранителей номинальный ток плавкой вставки предохранителя должен быть менее

, где - ток пусковой (включения) защищаемой цепи; =1-2,5-коэффициент, учитывающий кратность пускового тока по отношению к номинальному и скорость снижения пускового тока. Например, при защите цепей управления б=1,2-1,6. При защите силовых цепей электродвигателей плавкими предохранителями значение коэффициента б=1,6 при тяжелом (затяжном) пуске и б=2,5 при легком пуске электродвигателя.



Рисунок 10.1 Принципиальная электрическая схема автоматического управления электродвигателем



Заключение

По заданной нагрузочной диаграмме электропривода была определена эквивалентная мощность и произведен выбор асинхронного двигателя с фазным ротором, при этом было учтено условие P_н P_э. Выбранный двигатель проверен на нагрев по методу средних потерь. А так же проверен на перегрузочную способность при снижении напряжения в сети.

Произведен расчет теплового режима выбранного двигателя по заданной нагрузочной диаграмме, до установившегося теплового состояния.

Начерчена и изучена схема управления пуском асинхронных двигателей.



Литература

1. Борыбина. Ю.Г. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. М.: Энергоатомиздат,1991.Вольдек А. И. Электрические машины/ А. И. Вольдек. Л.: Энергия, 1978.

2. Коломиец А.П., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Юран С.И. Копылов И.П., Клокова Б.К. Справочник по электрическим машинам/ М.: Энергоатомиздат, 1998.

3. Москаленко В. В. Электрический привод/ В. В. Москаленко. М.: Высшая школа, 1991.

4. Фролов Ю.В., Шелякин В.П. Основы электрического привода. Краткий Курс. М.: КолосС, 2007.

5. Чиликин М. Г. Общий курс электропривода. 6-е изд./ М.: Энергоатомиздат, 1984.

Размещено на Allbest.ru