Электроприводы и их характеристики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Введение

2. Построение характеристик насоса для скоростей, отличных от номинальной и характеристики магистрали.

3. Расчет и выбор электродвигателя и преобразователя частоты.

4. Расчет и построение регулировочных характеристик электропривода.

5. Расчет потерь скольжения.

6. Расчет потребляемой из сети мощности.

7. Список использованной литературы.

1. Введение

Современное промышленное и сельскохозяйственное производство, транспорт, коммунальное хозяйство, сферы жизнеобеспечения и быта связанны с использованием разнообразных технологических процессов, большинство из которых основано на применении рабочих машин и механизмов, разнообразие и число которых огромно. Там, где применяются технологические машины - используется электропривод. Практически все процессы, связанные с движением с использованием механической энергии, осуществляются электроприводам. Исключение составляют лишь некоторые транспортные и сельскохозяйственные машины (автомобили, тракторы и др.), но и в этой области перспективы использования электропривода стали вполне реальны.

Электропривод - главный потребитель электрической энергии. В развитых странах на долю электропривода приходится свыше 60% всей вырабатываемой электроэнергии.

Электроприводы различны по своим техническим характеристикам: по мощности, скорости вращения, конструктивному исполнению и другим. Мощность электроприводов прокатных станов, компрессоров газоперекачивающих станций и ряда других уникальных машин доходит до нескольких тысяч киловатт. Мощность электроприводов, используемых в различных приборах и устройствах автоматики, составляет несколько ватт. Диапазон мощности электроприводов очень широк. Также велик диапазон электроприводов по скорости вращения.

Большинство производственных рабочих машин и механизмов приводится в движение электрическими двигателями. Двигатель вместе с механическими устройствами (редукторы, трансмиссии, кривошипно-шатунные механизмы и др.), служащими для передачи движения рабочему органу машины, а также с устройствами управления и контроля образует электромеханическую систему, которая является энергетической, кинематической и кибернетической (в смысле управления) основой функционирования рабочих машин.

В более сложных технологических машинных комплексах (прокатные станы, экскаваторы, обрабатывающие центры и другие), где имеется несколько рабочих органов или технологически сопряженных рабочих машин, используется несколько электромеханических систем (электроприводов), которые в сочетании с электрическими системами распределения электроэнергии и общей системой управления образуют электромеханический комплекс.

Большие скорости обработки, высокая и стабильная точность выполнения технологических операций потребовали создания высокодинамичных электроприводов с автоматическим управлением. Стремление снизить материальные и энергетические затраты на выполнение технологических процессов обусловило необходимость технологической и энергетической оптимизации процессов; эта задача также легла на электропривод. На этапе технического развития машинного производства, достигнутого к концу XX века, электромеханические комплексы и системы стали определять технологические возможности и технический уровень рабочих машин, механизмов и технологических установок.

Создание современных электроприводов базируется на использовании новейших достижений силовой электротехники, механики, автоматики, микроэлектроники и компьютерной техники. Это быстро развивающиеся области науки, что определяет высокую динамичность развития электромеханических систем.

В последние годы с появлением доступных технических средств для регулирования скорости асинхронных двигателей для привода насосов в системах тепло- и водоснабжения стали применятся регулируемые электроприводы.

Электропривод насоса выполняет две функции: преобразует электрическую энергию в механическую, необходимую для подачи воды потребителю, и управляет работой установки таким образом, чтобы поддерживать требуемую величину напора и расхода воды.

Автоматизированный электропривод получил в последние десятилетия интенсивное ускоренное развитие. Это определяется, в первую очередь, общим прогрессом машиностроения, направленным на интенсификацию производственных процессов, их автоматизацию, повышение точностных характеристик и других технических требований, связанных с обеспечением стабильности качества производимой продукции.

Вторым обстоятельством, обусловившим развитие электропривода, явилось распространение его применения не только на промышленное производство, но и на другие сферы, определяющие жизнедеятельность человека: сельское хозяйство, транспорт, медицину, электробытовые установки и др.

Третья причина связана с наметившимся переходом от экстенсивного развития производства электрической энергии к более эффективному ее использованию. Повышение эффективности электромеханического использования электроэнергии всецело зависит от совершенствования электропривода.

2. Построение характеристик насоса для скоростей, отличных от номинальной и характеристики магистрали.

насос электропривод мощность

Исходные данные:

1. Графики зависимостей

2. Номинальная скорость насоса.

3. Плотность перекачиваемой жидкости;

4. Температура рабочей среды;

5. Статический напор.

Производительность и напор находятся по формулам:

, . (2.1)

Номинальные значения производительности и напора соответствуют значениям на характеристике насоса для номинальной скорости.

Рассчитаем характеристику насоса для различных скоростей по формулам 2.1, используя график зависимости . Результаты занесем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Точка	1	2	3	4	5	6
	Q,м3/ч
	Н, м
	Q,м3/ч
	Н, м
	Q,м3/ч
	Н, м
	Q,м3/ч
	Н, м

Далее рассчитаем характеристику магистрали по двум точкам.

Известно, что:

(2.2)

Определим . Из формулы (2.2) имеем:

,(2.3)

По заданию известен статический напор , а значения и можно взять для любой точки данной графической зависимости

Таким образом получим зависимость для магистрали.

Используя формулу эту зависимость рассчитаем несколько точек магистрали. Результаты занесем в таблицу 2.2.

Таблица 2.2.

Q,м3/ч
Н, м

По точкам из таблиц 2.1 и 2.2 построим семейство характеристик насоса для скоростей от щ_Н до 0,7щ_Н (шаг 0,1) и характеристику магистрали.

3. Расчет и выбор электродвигателя и преобразователя частоты

Мощность насоса в кВт в рабочей точке определяется по формуле:

, (3.1)

где Н_Н [м], Q_H [м³/ч] и з_Н - значения напора, производительности и КПД, соответствующие точке пересечения характеристики насоса и магистрали;

- плотность перекачиваемой среды в кг/м³;

Подставляя соответствующие значения в формулу 3.1, получим мощность насоса в рабочей точке .

Двигатель выбираем исходя из условия:

Далее необходимо привести технические характеристики выбранного асинхронного электродвигателя.

1. Тип двигателя.

2. Номинальная мощность , Вт.

3. Номинальное линейное напряжение статора , В.

4. Частота сети , Гц.

5. Синхронная частота вращения , об/мин.

6. Число пар полюсов .

7. Коэффициент полезного действия , о.е.

8. Коэффициент мощности , о.е.

9. Номинальный ток статора , А.

10. Кратность пускового тока , о.е.

11. Кратность пускового момента,о.е.

12. Кратность максимального момента, о.е.

13. Момент инерции, кгЧм².

Регулирование скорости двигателя осуществляется с помощью асинхронно-вентильного каскада (АВК).

Исходя из мощности двигателя выбираем АВК. Здесь необходимо указать:

1. Тип АВК.

2. Напряжение питания инвертора.

3. Номинальная мощность преобразователя.

4. Выходной ток.

5. Выходная частота.

6. Наличие дополнительных функций (опций).

4. Расчет и построение регулировочных характеристик электропривода.

Как известно, мощность насоса определяется по формуле:

; (4.1)

Разделив обе части этого равенства на скорость, получим выражения для момента в зависимости от скорости

; (4.2)

Используя полученную формулу, построим механическую характеристику насоса. Для этого находим по графику Q, H, з, соответствующие точке пересечения характеристики магистрали и характеристики насоса для одной из скоростей.

,

с^-1, а

.

,

с^-1.

,

с^-1.

,

с^-1.

По рассчитанным значениям момента строим график статической механической характеристики насоса.

В общем виде механическая характеристика насоса выглядит так:

(4.3),

Где k - показатель степени магистрали.

Определим показатель степени магистрали k (показатель степени параболы момента сопротивления). Показатель степени k определим по формуле:

(4.4)

Для определения показателя степени магистрали необходимо иметь две точки пересечения магистрали с семейством Q-H характеристик насоса.

Найдем производительности и напоры, соответствующие двум разным скоростям, например и .

;;;;;.

Подставляя полученные значения в формулу (4.4) получим значение показателя степени магистрали k.

Подставляя значение k, получим формулу (4.3) механической характеристики насоса.

Теперь перейдем к расчету и построению регулировочных характеристик электропривода.

Из справочника электрических машин для выбранного двигателя находим относительные значения сопротивлений: .

Базовое сопротивление:

, Ом (4.5),

Где - номинальное фазное напряжение статора (в раза меньше).

- номинальный ток фазы статора.

Индуктивные сопротивления намагничивающего контура, индуктивные сопротивления рассеяния фаз статора и ротора и их активные сопротивления равны

, Ом

, Ом

, Ом (4.6)

, Ом

, Ом

Индуктивное сопротивление фазы при коротком замыкании:

, Ом (4.7)

Критическое скольжение:

(4.8)

Критический момент двигателя:

(4.9),

Где , рад/с - угловая частота вращения магнитного поля.

Кратность сопротивления фазы статора:

(4.10)

Уравнение критического момента для семейства механических характеристик:

(4.11),

где = - кратность питающей частоты;

- синхронная скорость двигателя при данной частоте питания.

Основной закон изменения напряжения при частотном регулировании скорости асинхронного двигателя при вентиляторной нагрузке:

Вычислим данное соотношение для нашего случая и обозначим его ОТ:

Закон изменения напряжения для регулирования скорости при вентиляторной нагрузке имеет вид:

(4.12)

Уравнение семейства механических характеристик асинхронного двигателя:

(4.13),

где - число фаз статора.

Исходя из формулы 4.13, построим механические характеристики двигателя для =1; 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5.

5. Расчет потерь скольжения

Потери скольжения при ₁=const равны потерям в роторе и определяются по формуле:

(5.1)

где _н - номинальная скорость двигателя: (5.2)

Для определения максимальных потерь при регулировании дифференцируем уравнения потерь по скорости:

(5.3)

Определим максимальную скорость и скольжение при максимальных потерях. Для этого приравняем полученное выражение производной функции потерь к нулю:

Получаем, что

(5.4)

(5.5)

Максимальные потери скольжении в асинхронном двигателе при _с=const:

, Вт (5.6)

При частотном регулировании скорости, _с = var, зависимость потерь скольжения от скорости имеет вид:

, (5.7)

где = - относительная скорость двигателя .

Исходя из формулы 5.7 построить график зависимости потерь скольжения P_s(_н) от скорости.

6. Расчет потребляемой из сети мощности

В случае регулирования производительности насоса задвижкой осуществляется механический способ регулирования, основанный на изменении результирующего сопротивления магистрали.

Мощность, потребляемая из сети:

,

Где H₁ - напор, создаваемый насосом перед задвижкой.

,кВт

,кВт

,кВт

При регулировании производительности насоса частотным способом изменяется характеристика насоса.

Мощность, потребляемая из сети:

,

Где = 0,95 - КПД преобразователя частоты.

,кВт

,кВт

,кВт

По полученным значениям построим графики зависимостей потребляемой мощности от расхода при:

а) регулировании производительности насоса задвижкой;

б) регулировании производительности насоса частотным способом.

Сделать вывод, какой способ регулирования расхода более экономичен.

7. Список использованной литературы

1. Соколов М.М. «Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов» М.:Энергия, 1976 г.

2. Ключев В.И. «Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов» М.:Энегрия, 1980 г.

3. Конспект лекций.

Размещено на Аllbest.ru

...