Асинхронный двигатель переменного тока и расчет его характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Задание на курсовую работу 2

2. Выбор двигателя 3

3. Расчет естественной характеристики двигателя 5

4. Графический расчет сопротивления пускового резистора 7

5. Расчет переходных процессов при пуске 9

6. Расчет переходного процесса при торможении 14

7. Проверка двигателя по нагреву 16

8. Схема управления асинхронным двигателем 18

9. Литература 21

1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ.

асинхронный двигатель переменный электропривод

- По нагрузочной характеристике подобрать асинхронный двигатель переменного тока.

- Выбрать редуктор (передаточное число).

- Построить механическую характеристику двигателя при пуске.

- Построить механическую характеристику при торможении.

- Рассчитать переходный процесс при пуске двигателя.

- Рассчитать переходный процесс при торможении двигателя.

- Проверить выбранный двигатель по нагреву.

- Выбрать схему управления двигателем.

Варианты по курсовой работе по электроприводу (по последней цифре зачетки)

№ варианта	4
Момент инерции механизма	18
Угловая скорость вращения вала механизма Рад/ с	80

Характеристика нагрузки ( варианты по последней цифре зачетки)

Вариант	Мс ,Нм	400	250	200	100	300	700	1000
4	Т , с	70	90	200	50	400	200	40

2. ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ

Характеристика нагрузки двигателя.

Средний момент нагрузки, H•м

377 Н·м

Момент нагрузки принимаем равным:

М_нагр =1,1·М_ср = 1,1·377 = 415 Н·м

Мощность привода:

Р = М_нагр · щ_мех = 415· 80 = 33200 Вт

По справочнику выбираем двигатель МТН511-8 со следующими характеристиками:

Номинальная мощность Р_Н = 34 кВт

Номинальное напряжение U_2Н = 297 В

Номинальный ток ротора I_2Н = 81 А

Номинальное сопротивление обмотки ротора r _Р = 0,124 Ом

Частота вращения n_Н = 695 об/мин

Перегрузочнаяспособность л= 2,3

Момент инерции двигателя J_дв = 4,3 кг·м²

Номинальная угловая скорость вращения двигателя:

Передаточное число редуктора:

Из стандартного ряда выбираем одноступенчатый редуктор с передаточным числом i = 1,0 и коэффициентом полезного действия з =0,98.

Максимальный момент на валу двигателя:

Рисунок 2 - Функциональная схема привода и механизма

3. РАСЧЕТ ЕСТЕСТВЕННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ.

Синхронная скорость вращения двигателя:

Номинальная скорость вращения двигателя:

Номинальное скольжение:

S_H =

Критическое скольжение:

Критически момент:

Н·м

Естественная механическая характеристика рассчитывается по формуле:

;

Зависимость между скоростью и скольжением:

;

Данные расчетов сведены в таблицу:

S	0	0,05	0,07	0,09	0,12	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
M	0	338	462	575	723	842	979	1074	1040	962	876	795	724	661	607
щ	78,5	74,6	73,0	71,4	69,1	66,7	62,8	55,0	47,1	39,3	31,4	23,6	15,7	7,9	0,0

На основании расчетных данных строим естественную механическую характеристику двигателя.

4. ГРАФИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПУСКОВОГО РЕЗИСТОРА.

Характеристика двигателя при пуске показана. Максимальный пусковой момент асинхронного двигателя:

М₁ = 0,85· М_К = 0,85· 1074 = 912,9 Н·м

Момент переключения выбирается произвольно.

Из построения получаем:

ас = 24

ва = 13

cd = 19

еd = 35

Сопротивление секций пускового резистора:

Полное сопротивление цепи пускового реостата:

R_П = R_p1 + R_p2 + R_p3 = 0,229+0,181+0,334 = 0,744 Ом

Общее сопротивление при торможении:

Сопротивление добавочной секции реостата при торможении:

r_T = R_T - (r_P + R_П) = 1,443 - 0,124 - 0,744 = 0,575 Ом

5. РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПУСКЕ

Переходные процессы при реостатном пуске определяются уравнениями:

, где

щ_у и М_у - установившиеся значения скорости и момента,

щ_нач и М_нач - начальные значения скорости и момента,

t - время переходного процесса,

T_м - постоянная времени переходного процесса.

Установившееся и начальное значение скорости вращения вала двигателя и жесткость механической характеристики будут различными на разных ступенях пуска.

Данные для расчета берутся с графика характеристики двигателя при пуске.

Приведенный момент инерции системы:

кг·м²

Первая ступень разгона

Жесткость механической характеристики на первом участке разгона:

Постоянная времени разгона на первом участке разгона:

сек.

Время разгона на первом участке:

сек.

Закон изменения скорости и момента на первом участке:

рад/с

Н·м

Результаты расчета зависимости скорости и момента во времени на первом участке разгона приведены в таблице:

t	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,01
щ	0	6,7	12,6	17,8	22,3	26,2	29,7	29,7
M	913	857	809	766	729	696	668	667

Вторая ступень разгона

Жесткость механической характеристики на вторм участке разгона

Постоянная времени разгона на втором участке разгона:

сек:

Время разгона на втором участке

сек

Закон изменения скорости и момента на втором участке:

рад/с

Н·м

Результаты расчета зависимости скорости и момента во времени на втором участке разгона приведены в таблице:

t	0,0	0,5	1	1,31
щ	29,7	42	48	51
M	913	796	709	667

Третья ступень разгона.

Жесткость механической характеристики на третьем участке разгона:

Постоянная времени разгона на третьем участке разгона:

сек

Время разгона на третьем участке

сек

Закон изменения скорости и момента на третьем участке:

рад/с

Н·м

Результаты расчета зависимости скорости и момента во времени на третьем участке разгона приведены в таблице:

t	0	0,2	0,4	0,6	0,8	0,89
щ	54	56	57	59	59,8	60,1
M	913	840	778	738	684	667

Четвертая ступень разгона.

Жесткость механической характеристики на четвертом участке разгона:

Постоянная времени разгона на четвертом участке разгона:

сек

Переходной процесс, описываемый экспоненциальной

зависимостью, считается законченным по истечению времени, в 3-4 раза

превышающем характеристическое:

Т_Р4 = 4·Т₄ = 4· 0,558 = 2,23 сек

Закон изменения скорости и момента на четвертом участке

рад/с

Н·м

Результаты расчета зависимости скорости и момента во времени на четвертом участке разгона приведены в таблице:

t	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,56
щ	65	65,3	65,7	66	66,3	66,6	66,7
M	913	893	875	857	840	823	814

Общее время разгона

сек

По полученным уравнениям строим графики переходных процессов при пуске двигателя.

6. РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ

Переходной процесс при торможении двигателя противовключением описывается уравнениями:

Жесткость характеристики при торможении:

Постоянная времени торможения:

сек

Время торможения двигателя:

сек

Закон изменения скорости и момента при торможении:

= - 132,5+205,3·e -^t/3,7

= 467 - 1080·e -^t/3,7

Результаты расчета зависимости скорости и момента при торможении приведены в таблице:

t	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,62
щ	72,8	62	51,8	42,1	32,9	24,2	15,9	8,1	0
М	-913	-840	-772	-706	-645	-586	-531	-478	424

На основании полученных результатов строим графики зависимостей угловой скорости вращения вала и вращающего момента двигателя при торможении.

7. ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ

Общее время работы:

сек.

Моменты сопротивлений, приведенные к валу двигателя:

Н м

Н м

Н м

Н м

Н м

Н м

Н м

Эквивалентный момент двигателя:

436 Н м

Проверка двигателя по нагреву выполняется сравнением эквивалентного момента двигателя и его номинального значения:

Условие выполняется, следовательно, электродвигатель с данным механизмом, при заданной нагрузке, в продолжительном режиме будет работать не перегреваясь.

Его установившаяся температура не будет превышать допустимого значения температуры, определяемой классом нагревостойкости изоляции.

Второе условие проверки двигателя - не превышение допустимой перегрузочной способности.

М_МАХ / М_Н ? л , где

М_МАХ - максимальное значение момента двигателя, взятое с нагрузочной диаграммы привода;

л- паспортное значение перегрузочной способности.

Оба условия проверки двигателя удовлетворяют требованиям, следовательно, двигатель выбран верно.

8. СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Схема управления двигателем предусматривает автоматизацию пуска и торможения:

Пуск двигателя в одном и противоположном направлениях осуществляется в функции времени. Торможение двигателя при реверсировании осуществляется противовключением в функции ЭДС.

Подготовка двигателя к пуску заключается в подаче напряжения переменного тока в силовую цепь включением выключателя В и включением автомата ВА в цепи управления, подключающего аппараты управления к источнику постоянного тока. При этом в исходном (нулевом) положении командоконтроллера КК получают питание реле напряжения РН и реле ускорения РУ1 и РУ2 - дополнительно отключаются цепи контакторов ускорения /СУ/ и КУ2.

Для пуска двигателя в одном направлении необходимо повернуть рукоятку командоконтроллера в одно из положений, например «Вперед». В этом случае будут включены контакторы КЛ, KB и реле РБ.

В неподвижном состоянии ротора двигателя напряжение на реле РП недостаточно для его срабатывания, поэтому его размыкающий контакт замкнут и контактор КП включится. Пуск двигателя из неподвижного состояния ротора произойдет при шунтированной ступени противовключения, когда к обмотке ротора подключены только пусковые (две) ступени резистора. Двигатель разгоняется в соответствии с реостатной характеристикой, обусловленной полным пусковым сопротивлением резистора в течение времени, определяемом выдержкой времени реле РУ1, которое в момент подачи напряжения на статор отключилось размыкающим контактом КЛ.

Когда контакт реле РУ1 замкнется, включится контактор /(У/ - шунтируется первая пускова ступень резистора, затем с выдержкой времени включится КУ2, двигатель будет работать на естественной характеристике.

Реверсирование двигателя производится путем перевода командоконтроллера из положения «Вперед» в положение «Назад». Во время прохождения командоконтроллера через нулевое положение система управления возвращается в исходное состояние.

Переход на положение «Назад» сопровождается включением контакторов КЛ и КН, которые изменяют чередование фаз на статоре двигателя. При этом возникает режим противовключения, так как ротор двигателя продолжает еще вращаться по инерции в прежнем направлении.

После включения контактора КН и реле РБ контактор КП не включается, так как в начале торможения напряжение на кольцах достаточно велико - РП срабатывает, и его контакт размыкается. Поэтому при торможении в цепи ротора будут включены и пусковой резистор, и ступень противовключения.

При переводе рукоятки командоконтроллера в положение «Назад» реле противовключения РП только тогда замкнет свой размыкающий контакт и обеспечит включение контактора КП, а затем и контакторов ускорения, когда напряжение в роторе спадет до значения, соответствующего напряжению начале пуска; это произойдет при угловой скорости двигателя, близкой к 0. Затем последовательно включаются аппараты управления, порядок работы которых был изложен выше. Реле блокировки РБ создает некоторую выдержку времени до включения контактора КП, необходимую для того, чтобы реле РП в начале торможения успело открыть свой размыкающий контакт. При отсутствии такой выдержки времени контактор КП может включиться раньше срабатывания реле РП, что приведет к возникновению тока аварийного значения и отключению двигателя защитой.

В данной схеме предусмотрена максимальная защита двигателя (реле РМ1 - РМЗ), а также защита от чрезмерного снижения напряжения, осуществляемая реле РН (при этом предполагается, что цепи управления получают питание через выпрямитель, подсоединенный к силовой цепи двигателя после выключателя В). Цепи управления защищены автоматом с максимальной защитой.

9. ЛИТЕРАТУРА

1. Ситников Н.Б. Методические разработки к решению типовых задач по курсу «Электропривод». 1976 г.

2. Чиликин М.Г. Сандлер А.С. Общий курс электропривода. 1981 г.

3. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе.

4. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию 1991 г.

5. Онищенко Г.Б. Электрический привод. 2003 г.

Размещено на Аllbest.ru

...