Расчет работы электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В современном промышленном и сельскохозяйственном производстве, на транспорте и коммунальном хозяйстве, в быту применяют самые разнообразные технологические процессы, для реализации которых человеком созданы тысячи различных машин и механизмов.

Механическая энергия вырабатывается приводом, который преобразовывает другие виды энергии. В современном промышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в быту наибольшее применение нашел электрический привод, на долю которого приходится более 60 % потребляемой в стране электроэнергии.

Такое широкое применение электропривода объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими видами приводов: использование электрической энергии, распределение и преобразование которой в другие виды энергии, в том числе и в механическую, наиболее экономично; Большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивного исполнения, что позволяет рационально соединять привод с исполнительным органом рабочей машины и использовать ее для работы в сложных условиях.

Возможности использования современных электроприводов продолжают постоянно расширяться за счет достижений в смежных областях науки и техники.



Задание для работы

1.1 Для главного привода подъемного механизма, выполненного по кинематической схеме, приведенной на рис.1, в соответствии с индивидуальным заданием выбрать асинхронный электродвигатель (АД) с фазным ротором, тип и марку редуктора. Режим работы электропривода - повторно- кратковременный (S3).

1.2.Рассчитать сопротивления ступеней пускового реостата и определить пусковой ток в роторе электродвигателя и в сети.

1.3.Разработать схему автоматического управления пуском электродвигателя в функции параметра (тока, времени, скорости), указанного в задании. Количество ступеней пускового реостата должно соответствовать расчету (см.п. 1.2). двигатель электропривод механический энергия

Выбрать необходимую аппаратуру защиты и управления.

1.4.Для главного привода подъемного механизма определить сопротивления, которые требуется ввести в цепь ротора, чтобы груз двигался на подъем и на спуск со скоростью, равной 0,5 заданного значения. Построить искусственные механические характеристики и определить ток в роторе и в сети при указанных режимах работы.

2.1.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным скольжением. Режим работы электропривода - S3. Построить естественную механическую характеристику и характеристики при напряжениях 0,5; 0,7 и 0,9 номинального значения.

2.2.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором основного исполнения. Режим работы электропривода - S3

2.3.Определить время пуска электродвигателя, выбранного в п. 2.2, и построить зависимости щ = ц(t) и Mдв = ш (t).

2.4.Для электродвигателя, выбранного в п. 2.2, определить допустимое число включений в час.

3.1.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным пусковым моментом, считая, что режим работы электропривода - кратковременный (S2) и время работы составляет 15 мин.

3.2.Определить превышение температуры двигателя в конце указанного времени работы.

4.1.Рассчитать параметры схемы замещения по каталожным данным асинхронного электродвигателя, выбранного в п. 2.2.

4.2.Построить механические характеристики двигателя при частотном регулировании скорости по закону

для частоты 10, 25, 50 и 100 Гц.

Дано :



1.1 С целью правильного выбора мощности электродвигателя подъемного механизма следует построить нагрузочную диаграмму, для этого необходимо определить мощность сопротивления , время работы и паузы :

(1)

где - масса груза, кг;

- скорость груза, м/с;

- ускорение свободного падения, м/с;

- КПД передачи;

(2)

где - время цикла работы ();

- продолжительность включения, %;

(3)

Выбор мощности электродвигателя производится по условию:

(4)

где - номинальная мощность двигателя, кВт;

- эквивалентная мощность по нагрузочной диаграмме, определяемая по выражению



Размещено на http://www.allbest.ru/

(5)

где - коэффициент ухудшения охлаждения двигателя в период паузы ()

Выбираем двигатель с фазным ротором 4АК180М4

Для обеспечения надежного пуска двигателя следует сделать проверку по условию

(6)

- действительное напряжение при пуске, о.е.;

(7)

- действительное напряжение при пуске, В;

- номинальное напряжение сети, В;

- пусковой момент электродвигателя (), который принимается равным 0,8…0,9 момента критического;

(8)

- момент трогания рабочего органа подъемного механизма (), который приближенно можно определить по выражению



(9)

где - номинальная угловая скорость электродвигателя, с^-1.

(10)

- момент номинальный двигателя

1.2 Расчет сопротивления ступеней пускового реостата. Построение естественной механической характеристики по полной формуле Клосса:

(11)

где - критический (максимальный) момент электродвигателя, ;

(12)

- кратность критического момента;



(13)

- активное сопротивление обмотки статора, Ом;

- приведенное активное сопротивление обмотки статора, Ом;

- текущее значение скольжения электродвигателя;

- критическое скольжение электродвигателя

(14)

- номинальное скольжение электродвигателя

(15)

- синхронная частота вращения, об/мин;

- номинальная частота вращения, об/мин;

Переход от скольжения S к угловой скорости щ производят, используя формулу

(16)

где - синхронная угловая скорость электродвигателя, с^-1. Построение пусковой диаграммы ледует начинать с определения максимального и переключающего (минимального) моментов:



(17)

(18)

где - момент сопротивления подъемного механизма, ;

(19)

После построения пусковой диаграммы необходимо определить масштаб сопротивления :

(20)

где - номинальное сопротивление ротора, Ом;

(21)

- ЭДС между кольцами неподвижного разомкнутого ротора, В;

- номинальный ток ротора, А;

- отрезок на пусковой диаграмме, соответствующий номинальному сопротивлению ротора, мм.

Тогда сопротивления ступеней пускового реостата

(22)



всего реостата:

(23)

Пусковой ток ротора :

(24)

Определение пускового тока в сети основывается на соотношении:

(25)

1.3 Для управления асинхронными двигателями широко используются релейно-контактные аппараты. При релейно-контактном управлении электродвигателем процесс его пуска обычно автоматизируется, что устраняет возможные при ручном управлении ошибки. Для пуска электродвигателя от персонала в этом случае требуется лишь нажать кнопку управления или повернуть в рабочее положение рукоятку командоконтроллера. У асинхронных электродвигателей с фазным ротором пусковые резисторы шунтируются по ступеням при помощи контакторов, управление которыми осуществляется в функции тока.

Схема управления пуском трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором в функции частоты вращения. При таких схемах управления к валу двигателя присоединено реле частоты вращения SR с контактами SR, которые замыкаются при определенной частоте вращения (рис. 4). При нажатии на кнопку SB2 ток проходит по катушке пускателя КM1, который в свою очередь при помощи двух контакторов вспомогательной цепи шунтирует кнопку. SB2 и присоединяет катушку реле блокировки КL к сети. Реле блокировки замыкает свои контакты и подготавливает схему для дальнейшей работы. При пуске двигателя в цепи обмотки ротора включено все сопротивление пускового резистора. Через некоторый промежуток времени, при достижении определенной частоты вращения, замыкаются контакты SR1, по катушке контактора ускорения КМ2 протекает ток и его контакты закорачивают часть сопротивлений, при дальнейшем увеличении частоты вращения SR2 и срабатывает контактор КМ3 и его контакты закорачивают оставшиеся пусковые сопротивления. Контакт вспомогательной цепи контактора КМ3 шунтирует контакты реле частоты вращения SR.

Для коммутации в цепи автоматического отключения электродвигателя при коротком замыкании предлагается автоматический выключатель. Выбор осуществляется по следующим условиям:

· по номинальному напряжению

(27)

· по номинальному току выключателя

(28)

· по номинальному току теплового расцепителя

(29)

Предлагается автоматический выключатель ВА-57-31

Для управления асинхронным двигателем предлагается установить магнитный пускатель, выбираемый по номинальному напряжению:



по номинальному току :

Предлагается пускатель ПМЛ 3000.

Для защиты электродвигателя от перегрузок пускатель комплектуется тепловым реле РТЛ-2055 с током несрабатывания 30…41 А.

1.4 Скольжение двигателя при работе на подъем

(30)

где - угловая скорость при работе на естественной характеристике при ; на спуске груза:

(31)

Добавочное сопротивление, введенное в цепь ротора, при работе на подъем:

(32)

где - скольжение при работе на естественной характеристике



(33)

Добавочное сопротивление, введенное в цепь ротора, при работе на спуск:

(34)

Построение искусственной характеристики при подъеме груза:

(35)

Скольжение при номинальном моменте :

(36)

2.1 Повторность включения , . Так как продолжительность включения нестандартная, то найденное значение мощности сопротивления пересчитаем на ближайшее большее стандартное значение продолжительности включения:

(37)



где - стандартное значение относительной продолжительности включения (), о.е.;

- фактическое значение относительной продолжительности включения, о.е.;

- мощность сопротивления при значении , кВт;

- мощность сопротивления, приведенная к ближайшему большему стандартному значению , кВт; - коэффициент потерь.

По полученному значению надо выбрать двигатель так, чтобы мощность двигателя при стандартной продолжительности включения удовлетворяла условию :

(38)

Выбираем двигатель с повышенным скольжением 4АС132М4

По условию надежного пуска:



(39)

Условие пуска выполняется, двигатель выбран верно.

Построение естественной механической характеристики по характерным точкам:

где - кратность минимального момента;

- кратность пускового момента;

- кратность критического момента;

- угловая скорость при минимальном моменте, с^-1.

Критическое скольжение :



(41)

Номинальное скольжение :

Расчет искусственных характеристик :

При

Пересчет моментов производится по формуле :

(42)

Таким образом при

при



при

2.2 Выбор асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором основного исполнения производится аналогично электродвигателю с фазным ротором.

Выбираем двигатель с повышенным скольжением RA160ML4

По условию надежного пуска:



Условие пуска выполняется, двигатель выбран верно.

2.3 Для определения времени пуска построим механическую характеристику двигателя по характерным точкам:

Критическое скольжение :



Номинальное скольжение :

Приведенный к валу электродвигателя момент сопротивления подъемного механизма :

Приведенный к валу электродвигателя момент энергии системы «двигатель - подъемный механизм»:

(43)

где - коэффициент, учитывающий момент инерции механической передачи (к=1,2)

- момент инерции барабана подъемного механизма, ;

- момент инерции ротора электродвигателя, ;

- передаточное отношение редуктора;

(44)

- номинальная скорость барабана подъемного механизма, с^-1;

(45)



V - скорость подъема груза, м/с;

d - диаметр барабана, м;

m - масса груза, кг.

Используя построенные механические характеристики электродвигателя и подъемного механизма , строят кривую динамического момента на основе соотношения

.

Затем кривую динамического момента заменяют ступенчатой линией с участками по скорости на которых динамический момент постоянен и равен его средней величине .

Тогда время пуска на каждом участке :

(46)

где - интервал скорости на i-м участке, с^-1;

Полное время пуска

Запишем ряд нарастающих значений угловой скорости и соответствующие им нарастающие значения времени.

2.4 Допустимое число включений в час для электродвигателя подъемного механизма рассчитывается по формуле:

(47)



где - номинальные потери мощности, Вт;

- фактические потери мощности (при нагрузке Р_с), Вт;

- коэффициент ухудшения охлаждения;

- потери энергии в двигателе при пуске, Дж.

Номинальные потери мощности:

(48)

где - номинальный КПД электродвигателя.

Фактические потери мощности (при нагрузке Р_с):

(49)

где - постоянные потери мощности в электродвигателе, Вт;

- переменные потери мощности в электродвигателе, Вт.

Постоянные и переменные потери могут быть найдены путем решения системы уравнений :

(50)

Потери энергии при пуске :



(51)

3.1 Для полного использования электродвигателя по нагреву при работе в кратковременном режиме его следует выбирать исходя из условия :

(52)

Выбираем электродвигатель с повышенным пусковым моментом 4АР180S4 :

Для количественной оценки перегрузки используются коэффициенты термической и механической перегрузок :

(53)

(54)



где - время работы, мин;

- постоянная времени нагрева, мин;

- коэффициент потерь.

(55)

где С - теплоемкость двигателя, Дж/°С;

(56)

- удельная теплоемкость, ;

- масса электродвигателя, кг;

А - теплоотдача двигателя,

(57)

- номинальные потери мощности в двигателе, Вт;

- допустимое значение превышения температуры, соответствующее классу нагревостойкости изоляции.

Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Так как двигатель загружен по нагреву, поэтому определяющим является нагрев.

По номинальной мощности и коэффициенту механической перегрузки определяем мощность, которую развить двигатель не перегреваясь:

(58)

Условие

Проверяем двигатель по условию надежного пуска :

Условия выполняются.



3.2 Превышение температуры двигателя в конце работы :

(59)

где - установившееся значение превышения температуры электродвигателя при нагрузке , ;

(60)

- потери мощности при нагрузке , кВт;

(61)

- номинальные потери мощности, кВт.

4.1 Активное сопротивление статора определим из уравнения:

(62)

Определяем значение переменных потерь из системы:

Сумму реактивных сопротивлений статора и ротора

(63)



где - номинальное фазное напряжение сети, В.

Потери мощности в роторе в номинальном режиме с одной стороны определяются :

(64)

С другой стороны,

(65)

Тогда номинальный ток ротора :

(66)

Номинальный ток ротора можно определить также из упрощенной Г-образной схемы замещения :



(67)

Прировняв правые части выражений (66) и (67) получим :

(68)

4.2 С целью построения механических характеристик при частотном регулировании для каждого значения частоты достаточно определить синхронную частоту , критическое скольжение и соответствующую ему скорость , критический момент .



Список использованной литературы

1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981.

2. Москаленко В.В. Электрический привод. М.: ACADEMIA, 2005

3. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979.

Размещено на Allbest.ru

...