Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru//Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

Асинхронные двигатели широко используются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности в эксплуатации и сравнительно низкой себестоимости.

Наиболее простыми в отношении устройства и управления, надежными в эксплуатации, имеющими наименьшую массу, габариты и стоимость при определенной мощности, являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Их масса на единицу мощности в 1,5-2,0 раза ниже, чем у машин постоянного тока. Чаще всего асинхронные двигатели применяются при невысокой частоте включений, когда не регулируют частоту вращения или возможно ступенчатое её регулирование.

В установках, где требуется регулирование частоты вращения в относительно небольших пределах, необходимы плавный пуск, хорошие тормозные качества, ограничение токов в переходных процессах и т.д., находят широкое применение асинхронные двигатели с фазным ротором. Характерной особенностью этих двигателей является возможность уменьшения с помощью реостатов их пусковых токов при одновременном увеличении пускового момента.

При выборе двигателя по мощности следует исходить из необходимости его полного использования в процессе работы. В случае завышения номинальной мощности двигателя снижаются технико-экономические показатели электропривода, т.е. КПД и коэффициент мощности.

Различают следующие режимы работы двигателя: продолжительный при постоянной нагрузке на валу двигателя; кратковременный; повторно-кратковременный; ударный.

Объект: Асинхронный двигатель.

Предмет:Механическая характеристика асинхронного двигателя и рабочей машины.

Задачи:

Рассмотреть устройство и принцип работы асинхронного двигателя.

Выявить основные правила безопасности при работе оборудования.

Рассчитать и построить механические характеристики.

Цель работы: Изучение устройства, назначение и техническое обслуживание, расчёт и построение механических характеристик.



1. Основная часть

Асинхронная машина-электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

В ряде стран к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. Второе название асинхронных машин-индукционные, это обусловлено тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин, применяясь главным образом в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую, в подавляющем большинстве это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ).

Принцип действия синхронного двигателя заключается в том, что ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле. Частота вращения ротора всегда немного меньше частоты вращение магнитного поля, т.к. при равенстве скоростей поле перестанет наводить в роторе ток, и на ротор перестанет действовать сила. Отсюда и название - асинхронный двигатель (в отличии от синхронного, частота вращения которого совпадает с частотой магнитного поля). Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся режиме скольжение невелико: 1-8% в зависимости от мощности

Достоинства и недостатки асинхронного двигателя

Достоинства:

Простота изготовления.

Относительная дешевизна.

Высокая надёжность в эксплуатации.

Невысокие эксплуатационные затраты.

Возможность включения в сеть без каких-либо преобразователей (для нагрузок, не нуждающихся в регулировке скорости).

Все вышеперечисленные достоинства являются следствием отсутствия механических коммутаторов в цепи ротора и привели к тому, что большинство электродвигателей, используемых в промышленности - это асинхронные машины с КЗ ротором.

Недостатки:

Небольшой пусковой момент.

Значительный пусковой ток.

Отсутствие возможности регулирования скорости при подключении непосредственно к сети и ограничение максимальной скорости частотой сети (для АДКЗ, питаемых непосредственно от трёхфазной сети 50 Гц - 3000 об/мин).

Сильная зависимость (квадратичная) электромагнитного момента от напряжения питающей сети (при изменении напряжения в 2 раза вращающий момент изменяется в 4 раза; у ДПТ вращающий момент зависит от напряжения питания якоря в первой степени, что более благоприятно).

Низкий коэффициент мощности.

Первые два недостатка привели к созданию синхронного двигателя с фазным ротором.

1.1 Конструкция

Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки магнитопровод(сердечник); все остальные части - конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т.п.

Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае - многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и по фазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 . Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам«треугольник» или «звезда»и подключают к сети трёхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения тока в обмотке статора, поэтому его набирают из пластин электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь. Основным методом сборки магнитопровода в пакет является шихтовка.

По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора из пластин электротехнической стали.

1.2 Типы двигателей

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Короткозамкнутая обмотка ротора, часто называемая «беличье колесо» из-за внешней схожести конструкции, состоит из алюминиевых (реже медных, латунных) стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора. Сердечники ротора и статора имеют зубчатую структуру. В машинах малой и средней мощности обмотку обычно изготавливают путём заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора. Вместе со стержнями «беличьего колеса» отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие вентиляцию машины. В машинах большой мощности «беличье колесо» выполняют из медных стержней, концы которых соединяют с короткозамыкающими кольцами при помощи сварки.

Зачастую пазы ротора или статора делают скошенными для уменьшения высших гармонических ЭДС, вызванных пульсациями магнитного потока из-за наличия зубцов, магнитное сопротивление которых существенно ниже магнитного сопротивления обмотки, а также для снижения шума, вызываемого магнитными причинами.

Для улучшения пусковых характеристик асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, а именно, увеличения пускового момента и уменьшения пускового тока, на роторе ранее применялась так называемая «двойная беличья клетка» из стержней с разными удельными проводимостями, позже стали применять роторы со специальной формой паза (глубокопазные роторы). При этом внешняя от оси вращения часть паза ротора имеет меньшее сечение, чем внутренняя. Это позволяет использовать эффект вытеснения тока, за счет которого увеличивается активное сопротивление обмотки ротора при больших скольжениях(в частности, при пуске).

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором при прямом пуске (без регулирования) имеют небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток, что является существенным их недостатком. Поэтому их применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты. С развитием силовой полупроводниковой техники получают распространение частотные преобразователи, которые позволяют плавно наращивать частоту питающего двигатель тока по мере пуска, а значит достигать большого пускового момента. Из достоинств следует отметить лёгкость в изготовлении, и отсутствие электрического контакта с динамической частью машины, что гарантирует долговечность и снижает затраты на обслуживание. При специальной конструкции ротора, когда вращается в воздушном зазоре только полый цилиндр из алюминия, можно достичь малой инерционности двигателя.

Разновидностью АДКЗ, позволяющей ступенчато регулировать скорость, являются многоскоростные двигатели, в которых регулирование скорости производится изменением числа пар полюсов в статоре, для чего были разработаны специальные виды обмоток.

Именно асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором из-за своих вышеперечисленных достоинств являются основным видом двигателей в промышленном электроприводе, применение остальных видов двигателей не значительно и носит узкоспециальный характер.

Асинхронный двигатель с массивным ротором

Существует разновидность асинхронных машин с массивным ротором. Такой ротор изготавливают полностью из ферромагнитного материала, то есть фактически это стальной цилиндр. Ферромагнитный ротор одновременно выполняет роль как магнитопровода, так и проводника (вместо обмотки). Вращающееся магнитное поле индуцирует в роторе вихревые токи, которые взаимодействуя с магнитным потоком статора создают вращающий момент. Существуют разные способы улучшения массивных роторов: припаивание медных колец по торцам, покрытие ротора слоем меди. Отдельно можно поставить машины с полым ротором. Это может быть полый цилиндр из ферромагнитного или просто из проводящего материала.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Эта разновидность электродвигателя допускает плавную регулировку скорости в широких пределах. Фазный ротор имеет многофазную (как правило, трёхфазную) обмотку, обычно соединённую по схеме«звезда»и выведенную на контактные кольца. С помощью щёток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора включается внешнюю регулирующая цепь, которая позволяет управлять скоростью ротора.

Двигатель Шраге-Рихтера

Трёхфазный коллекторный асинхронный двигатель с питанием со стороны ротора.

Обращенный (питание с ротора) асинхронный двигатель, позволяющий плавно регулировать скорость от минимальной (диапазон определяется обмоточными данными добавочной обмотки, используемой для получения добавочной ЭДС, вводимой с частотой скольжения во вторичную цепь машины) до максимальной, лежащей обычно выше скорости синхронизма. Физически производится изменением раствора двойного комплекта щёток на каждую «фазу» вторичной цепи двигателя. Таким образом, переставляя при помощи механического устройства (штурвал или иное исполнительное устройство) щёточные траверсы являлось возможным весьма экономично управлять скоростью асинхронного двигателя переменного тока. Идея управления в общем предельно проста и будет реализована впоследствии в так называемых асинхронно-вентильных каскадах, где в цепь фазного ротора включали тиристорный преобразователь, работавший инвертором или в выпрямительном режиме. Сущность идеи - во вторичную цепь асинхронного двигателя вводится добавочная ЭДС изменяемой амплитуды и фазы с частотой скольжения. Задачу согласования частоты добавочной ЭДС с частотой скольжения ротора выполняет коллектор. Если добавочная ЭДС противонаправлена основной, производится вывод мощности из вторичной цепи двигателя с соответствующим уменьшением скорости машины, ограничение скорости вниз диктуется только условиями охлаждения обмоток). В точке синхронизма машины частота добавочнойЭДСравна нулю, то есть во вторичную цепь коллектором подаётся постоянный ток. В случае суммирования добавочной ЭДС с основной производится инвертирование добавочной мощности во вторичную цепь машины, и соответственно - разгон выше синхронной частоты вращения. Таким образом, результатом

регулирования являлось семейство достаточно жестких характеристик с уменьшением критического момента при снижении скорости, а при разгоне выше синхронной скорости - с его пропорциональным увеличением.

Определенный интерес представляет собой работа машины с несимметричным раствором щеточных траверс. В этом случае векторная диаграмма добавочной э.д.с. двигателя получает так называемую тангенциальную составляющую, делающую возможным работу с ёмкостной реакцией на сеть.

Конструкционно двигатель представляет собой обращенную машину, где на роторе уложены две обмотки: питание с питанием с контактных колец и обмотку, соединяемую посредством двух пар щеток на «фазу» совторичной обмоткой статора. Фактически, эти две части вторичной обмотки в зависимости от положения щеточных траверс включается то согласно друг другу, то встречно. Так осуществляется регулирование.

Наибольшее развитие такие двигатели получили в 30-е годыXX века. В Советском Союзе коллекторные машины переменного тока (КМПТ) не получили сколько-нибудь заметного распространения и развития в силу повышенных требований к изготовлению коллекторно-щёточного узла и общей высокой стоимости. На территорию СССР они проникали в основном в составе приобретённого за границей оборудования и при первой возможности заменялись менее эффективными, но более дешевыми машинами постоянного тока или асинхронными двигателями с фазным ротором.В настоящее время двигатель Шраге представляет интерес исключительно с точки зрения истории техники.

1.3 Принцип действия

На обмотку статора подаётся переменное трехфазное напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает трехфазная система токов.

Поскольку обмотки в асинхронной машине сдвинуты друг от друга в геометрическом отношении на 120 градусов, и, так как в симметричной системе токи в обмотках имеют фазовый сдвиг в 120 градусов, в таких обмотках создаётся вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, пересекая проводники обмотки ротора, индуцирует в них электродвижущую силу, под действием которой в обмотке ротора протекает ток, который искажает магнитное поле статора, увеличивая его энергию, что ведет к возникновению электромагнитной силы, под действием которой ротор начинает вращаться.Однако в действительности величина магнитной индукции в пазу, где располагается проводник с током, достаточно мала, поскольку магнитный поток проходит преимущественно по зубцам). Чтобы в обмотке ротора возникала ЭДС, необходимо, чтобы скорость вращения ротора отличалась от скорости вращения поля статора. Поэтому ротор вращается асинхронно относительно поля статора, а двигатель называется асинхронным. Относительная разность скорости вращения ротора от скорости вращения поля статора называется скольжением(s). Номинальное скольжение обычно составляет 2-8%.

1.4 Режимы работы

Двигательный режим

Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше синхронной, то вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой в обмотке ротора возникает ток. На проводники с током этой обмотки (а точнее, на зубцы сердечника ротора), действуют электромагнитные силы; их суммарное усилие образует электромагнитный вращающий момент, увлекающий ротор вслед за магнитным полем. Если этот момент достаточен для преодоления сил трения, ротор приходит во вращение. И его установившаяся частота вращения [об/мин] соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемого нагрузкой на валу, силами трения в подшипниках, вентиляцией ит.д.Частота вращения ротора не может достигнуть частоты вращения магнитного поля, так как в этом случае угловая скорость вращения магнитного поля относительно обмотки ротора станет равной нулю, магнитное поле перестанет индуцировать в обмотке ротора ЭДС и, в свою очередь, создавать вращающий момент; таким образом, для двигательного режима работы асинхронной машины справедливо неравенство:

Относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора называется скольжением:

Очевидно, что при двигательном режиме

Генераторный режим

Если ротор разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля, то изменится направление ЭДС в обмотке ротора и активной составляющей тока ротора, то есть асинхронная машина перейдёт вгенераторный режим. При этом изменит направление и электромагнитный момент, который станет тормозным.В генераторном режиме работы скольжениеS<0. Для работы асинхронной машины в генераторном режиме требуется источник реактивной мощности, создающий магнитное поле. При отсутствии первоначального магнитного поля в обмотке статора поток создают с помощью постоянных магнитов, либо при активной нагрузке за счёт остаточной индукции машины и конденсаторов, параллельно подключенных к фазам обмотки статора.

Асинхронный генератор потребляет реактивный ток и требует наличия в сети генераторов реактивной мощности в виде синхронных машин, синхронных компенсаторов, батарей статических конденсаторов(БСК). Из-за этого, несмотря на простоту обслуживания, асинхронный генератор применяют сравнительно редко, в основном в качестве ветрогенераторов малой мощности, вспомогательных источников небольшой мощности и тормозных устройств. Генераторный режим асинхронного двигателя используется довольно часто в механизмах с активным моментом: в таком режиме могут работать двигатели эскалаторов метро (при движении вниз), опускании груза вподъёмных кранах, в генераторном режиме также работают двигатели лифтов, в зависимости от соотношения веса в кабине и в противовесе; при этом сочетаются необходимый по технологии режим торможения механизма и рекуперация энергии в сеть с экономией электроэнергии.

Режим холостого хода

Режим холостого хода асинхронного двигателя возникает при отсутствии на валу нагрузки в виде редуктора и рабочего органа. Из опыта холостого хода могут быть определены значения намагничивающего тока и мощности потерь в магнитопроводе, в подшипниках, в вентиляторе. В режиме реального холостого хода В режиме идеального холостого хода, следовательно (на самом деле этот режим недостижим, даже при допущении, что трение в подшипниках не создаёт свой момент нагрузки - сам принцип работы двигателя подразумевает отставание ротора от поля статора для создания поля ротора. ПриS=0 поле статора не пересекает обмотки ротора и не может индуцировать в нём ток, а значит не создаётся магнитное поле ротора).

Режим электромагнитного тормоза (противовключение)

Если изменить направление вращения ротора или магнитного поля так, чтобы они вращались в противоположных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в обмотке ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, и машина будет потреблять из сети активную мощность. Однако электромагнитный момент будет направлен встречно моменту нагрузки, являясь тормозящим. Для режима справедливы неравенства:

Этот режим применяют кратковременно, так как при нём в роторе выделяется много тепла, которое двигатель не способен рассеять, что может

вывести его из строя. Для более мягкого торможения может применяться генераторный режим, но он эффективен только при оборотах, близких к номинальным.

1.5 Способы управления асинхронным двигателем

Под управлением асинхронным двигателем переменного тока понимается изменение частоты вращения ротора и/или его момента.

Существуют следующие способы управления асинхронным двигателем:

реостатный - изменение частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором путём изменения сопротивления реостата в цепи ротора, кроме того это увеличивает пусковой момент и повышает критическое скольжение;

частотный- изменение частоты вращения асинхронного двигателя путём изменения частоты тока в питающей сети, что влечёт за собой изменение частоты вращенияполя статора. Применяется включение двигателя через частотный преобразователь;

переключением обмоток со схемы «звезда» на схему «треугольник» в процессе пуска двигателя, что даёт снижение пусковых токов в обмотках примерно в три раза, но в то же время снижается и момент;

импульсный- подачей напряжения питания специального вида (например, пилообразного);

введение добавочной ЭДС согласно или противонаправлено с частотой скольжения во вторичную цепь;

изменением числа пар полюсов, если такое переключение предусмотрено конструктивно (только для короткозамкнутых роторов);

изменением амплитуды питающего напряжения, когда изменяется только амплитуда (илидействующее значение) управляющего напряжения. Тогда вектора напряженийуправления и возбуждения остаются

перпендикулярны (автотрансформаторный пуск);

фазовое управление характерно тем, что изменение частоты вращения ротора достигается путём изменения сдвига фаз между векторами напряжений возбуждения и управления;

амплитудно-фазовый способ включает в себя два описаных способа;

включение в цепь питания статорареакторов;

индуктивное сопротивление для двигателя с фазным ротором.



2.Практическая часть

2.1 Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель- это асинхронное устройство, предназначенное для преобразования с минимальными потерями электрической энергии переменного тока в механическую энергию, необходимую для запуска работающих на этом двигателе приборов. Чтобы иметь более ясное представление о принципе работы асинхронных двигателей, необходимо познакомиться с устройством этого прибора, а также узнать, какие типы этих машин существуют на сегодняшний день.

Принцип магнетизма вращения был открыт еще в 1824 году французским физиком Д. Ф. Арагоном. В результате своих экспериментов, ученый обнаружил, что можно привести в движение медный диск, закрепленный на вертикальную ось, воздействуя на него постоянным магнитом. Работу над трудами Арагона продолжил английский физик Уильям Бейли в 1879 году. В своих экспериментах он воздействовал на медный диск четырьмя электромагнитами, подключенными к источнику постоянного тока. Однако законченную формулировку этому явлению дали в 1888 году итальянский физик Феррарис и Никола Тесла, работавшие независимо друг от друга.

Расчёт приводного электродвигателя по нагреву

Используя данные нагрузочной диаграммы электродвигателя, приведенной в таблице 1, рассчитываем эквивалентную по нагреву мощность.

P1 кВт	P2 кВт	P3 кВт	P4 кВт	t1 мин	t2 мин	t3 мин	t 4 мин	зпер	nРМном	JРМ, Кг*	Мрмн Н*м	б
5	12	18	6	18	16	20	22	1,0	960	66	0,06	1

Таблица 1. - Нагрузочная диаграмма асинхронного двигателя

Эквивалентная по нагреву мощность нагрузки на валу электродвигателя

Pэ рассчитывается по выражению:

Pэ==11,48569кВт,

где Pi - мощность на валу электродвигателя вi-й период работы, ti - продолжительность i-го периода работы, мин;n- количество периодов нагрузки.

Мощность электродвигателя при его полном охлаждении во время паузы в работе выбирают по каталогу исходя из условия:

Рн?==15кВт

где Pн - номинальная мощность электродвигателя, кВт

Pм-коэффициент механической нагрузки. Коэффициент механической нагрузки Pм определяется через коэффициент тепловой перегрузки двигателя Pт:Рм; Рт=

где tр полная продолжительность работы двигателя с переменной нагрузкой, мин; Тн- постоянное время нагрева электродвигателя, мин.

Постоянную времени нагрева Тн применять для ориентировочного выбора мощности электродвигателя по, гдеТн=20

Анализируя выше написанные формулы, можно установить что при tp>90 мин Pт~1, а следовательно Pм=1

2.3 Выбор приводного электродвигателя по каталогу

На основании рассчитанной эквивалентной по нагреву мощности нагрузки по каталогу выбираем асинхронный двигатель.

Каталожные параметры двигателя вносим в таблицу 2.

Тип	Рн, Вт	Iн, А	nн, об/мин	сos?н	н, %	I*п	М*п	М*к	М*м	Jд, кг*м2
4А1.604УЗ	15000,00	29,3	1465	0,88	89	7	1,4	2,3	1	0,1

Таблица 2. - Каталожные параметры двигателя

nн =1465 (об/мин),

M*m - кратность минимального момента электродвигателя по отношению к номинальному моменту

M*п - кратность пускового вращающего момента электродвигателя по отношению к номинальному моменту.

M*к - кратность максимального вращающего момента электродвигателя по отношению к номинальному моменту

Sн= - номинальное скольжение АД соответствующее номинальному вращающему моменту.

no=синхронная частота вращения АД (магнитного поля статора), об/мин.

P=-число пар полюсов электродвигателя (ближайшее меньшее число). Следовательно Р=2.

f=50 Гц- частота тока в электрической цепи;I*п- кратность пускового тока

Ток, потребляемый двигателем в номинальном режиме работы, определяется по формуле:

Iн=,

где Uн- номинальное напряжения электродвигателя, В

cosцн - коэффициент мощности; зн- коэффициент полезного действия

Пусковой ток равен Iп=Кп*Iн=29,3*7=205,1 А

где Кп=п=7- кратность пускового тока

2.4 Расчёт и построение механической характеристики электродвигателя

Механическую характеристику АД щ=f1(Мд)строят на основании расчета его вращающих моментов для угловых скоростей соответствующих скольжениям:

S=0; S=Sн; S=0,1; S=Sk; S=0,3; S=0,4;S=0,5; S=0,6; S=0,7; S=Sm=0,8;S=0,9; S=1.

Вращающий пусковой момент электродвигателя при S=1 (щ=0) следует определить, используя кратность пускового момента M*п, а минимального при S=0,8 - используя кратность минимального моментам по выражению:

Мп=Мн*M*п=136,9535Н*м

Мм=Мн*М*м=97,8239Н*м

Где Мн=97,824Н*м - номинальный вращающий момент АД

щн= - номинальная угловая скорость двигателя, с-1.

nн=1465 - номинальная частота вращения, об/мин

Остальные вращающие моменты электродвигателя для скольжения от 0 до 0,9 рассчитываются на основании формулы Клосса:

М=

где Мк=Мн*М*к=224,995Н*м - максимальный вращающий момент АД,

Sk=Sн(М*к+-1)=0,101995 - критическое скольжение двигателя, соответствующее максимальному вращающему моменту.

Данные расчета механической характеристики щ=f1(МД) сводим в таблицу 3.

Переход от скольжения у угловой скорости произвести по формуле:

щ=щ0(1-S) 1/с

где щ0= - синхронная угловая скорость вращения вала электродвигателя.

S	0	Sн= 0,02	0,1	Sк= 0,1	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	Sм= 0,8	0,9	1
w,1/с	?0= 157	?н= 153,3	141,3	?к=141	109,9	94,2	78,5	62,8	47,1	?м=31,4	15,7	0
М,Н*м	0	Мн= 97,8	224,9	Мк= 224,9	137,1	107,7	88,1	74,3	64,2	Мм= 56,4	50,3	Мп=45,4

Таблица 3. - Данные расчета механической характеристики щ=f1(МД) электродвигателя.

При построении механических характеристик щ=f1(МД) значение щрасполагают по оси ординат (функция), а значения Мд располагают по оси абсцисс (аргумент), (Приложение1).

2.5 Расчёт и построение механической характеристики рабочей машины

Для проведения моментов вращения рабочей машины к валу электродвигателя, необходимо использовать следующее соотношение: Мс=, Н*м

Гдеi==1,526041- передаточное отношение передачи от электродвигателя к рабочей машине.

Мс- приведенный момент сопротивления,Н*м.

С учетом этого выражения приведенный момент статистического сопротивления на валу электродвигателя:

Mc=]

Давая щ значения от 0 до щ=щ0, рассчитывают зависимость щ=f2(Mс). Принять Мрмо равным 0,2*МРМном, где Мрмо- момент сопротивления рабочей машины при угловой скорости, равной 0.

Мрмн=66 Н*м, следовательноМрмо=13,2 Н*м.

На основании этих расчетных данных строится кривая щ=f2 (Mc) на том же графике, что и механическая характеристика электродвигателя щ=f1 (МД)(Приложение 1). Данные расчета сводим в таблицу 4.

щ 1/с	157	153,3367	141,3	140,9867	109,9	94,2	78,5	62,8	47,1	31,4	15,7	0
Мс Н*н	44,9221	43,2491	38,0304	37,9002	26,4232	21,7078	17,7179	14,4534	11,9143	10,1007	9,01225	8,64983

Таблица 4. - Данные расчета механической характеристики щ=f2(Мс)рабочей машины.

2.6 Выбор сечения токоведущих жил линий питающей асинхронный двигатель от распределительно пункта

Сечение проводов и кабелей местных линий напряжением до 1000 В выбирается по условию:

IДОПIРАБ

где Iдоп - длительно допустимый ток для провода (кабеля) выбранного сечения, соответствующий условиям прокладки линии, А; Iраб - рабочий ток линии, А.

Поскольку в данном случае кабельная линия питает только один двигатель, ток в этой линии равен току, потребляемому двигателем из сети. Следовательно, Iраб = I1ном. В соответствии с условием IдопIраб = I1ном выбираем сечение кабеля S, мм2, для которого Iдоп подходит.

Выбранное сечение кабеля необходимо проверить по допустимой потере напряжения в нормальном режиме работы. Согласно нормам ПУЭ, относительное падение напряжения для силовых электроприемников в нормальном режиме равно AU % = 5 %.

Для трехфазной сети с сосредоточенной нагрузкой, приложенной в конце линии, потеря напряжения равна:

ДU=

где ДU - линейная потеря напряжения, В;

Uн - номинальное (междуфазное) напряжение, В;

L - длина линии, км;

R0, Х0 - активное и реактивное сопротивления проводников на единицу длины линии, Ом / км;

Р - расчетная активная мощность в линии, кВт.

Для расчетов более удобно пользоваться относительной величиной потери напряжения:

ДU%=e%*Iн*L где ДU % - линейная потеря напряжения в процентах, %;

e0% - удельная потеря напряжения, % /(А*км);

I1ном - номинальный ток фазы статора, А.

Найдем предельно допустимую удельную потерю напряженияe0%пред



e0%пред= ДU%/ I1ном * L , % /А*км.

Очевидно, что для прокладки линии должен быть принят кабель такого минимального сечения, для которого необходимо выполнение условия:

e0%предe0%пред

Выбираем кабель с минимальным сечением (мм2), соответствующим условию выбранного двигателя. Таким образом, исходя из проверки по предельно допустимой потере напряжения, сечение кабеля может быть увеличено.

Проверим выполнение условий пуска без реостата:

e0%пред=ДUп%/Iл.п*L,%

где Iлп = I1ном*I*п-линейный пусковой ток, А.

По известному н находим, что условие пуска обеспечивается при кабеле, сечение фазы которого равно S=6 мм2.

По условию для питания АД применяется кабельная линия с медными жилами длиной L=100 м.

При =0,88 и S=6 мм2 для проводов с алюминиевыми жилами принимаемe0%=1,28. Отсюда:

ДU%=5%

I1 ном=29,3 А

Iлп = I1ном * I*п=29,3*7=205,1 А

ДU%=e0%*IнL=1,28*29,3*0,1=3,7 В

Предельно допустимая удельная потеря напряжения:



e0%пред= ДUп%/I1ном*L=5/29,3*0,1=1,7

Проверим выполнение условий пуска без реостата:

e0%пред= ДUп%/Iл.п*L=3,7/205,1*0,1=0,2



3. Техника безопасности

Для надежной и бесперебойной работы электродвигателей необходимо, чтобы обслуживающий персонал выполнял правила их хранения, транспортирования, монтажа и эксплуатации.

Электродвигатели обычно хранят на поверхности шахт в чистом, сухом, желательно отапливаемом помещении, с хорошей вентиляцией. Двигатели, полученные с заводов, хранят в заводской упаковке; двигатели, бывшие в употреблении, хранят после тщательной очистки их от грязи, ржавчины и консервации быстрокоррознующихся частей с помощью консистентной смазки. Взрывозащитные поверхности защищаются от случайных повреждений деревянными щитками.

При транспортировании электродвигатели нельзя бросать, кантовать, сбрасывать с машин и т. д.

Перед спуском электродвигателя в шахту проверяют исправность его механической части, отсутствие механических повреждений, наличие и соответствие знаков исполнения будущим условиям работы, соответствие типа и характеристики требуемым, наличие комплектности и смазки в подшипниках.

Если двигатель продолжительное время не работал, с помощью мегометра проверяют качество изоляции обмотки по отношению к земле и между фазами,

Для проверки качества изоляции двигателей. В рекомендуется брать мегомметр на напряжение 500-1000 В, а для двигателей с Сном > 1000 В -мегомметр на 2500 В. При монтаже электродвигателей необходимо обращать особое внимание на надежность и соответствие фундамента (при отдельной установке двигателя); соосность валов электродвигателя и машины; надежность и прочность крепления электродвигателя; выполнение требований, обеспечивающих нужный уровень взрывозащиты; наличие и качество заземления электродвигателя.

В процессе эксплуатации электродвигателей необходимо: осуществлять постоянное наблюдение за режимом работы электродвигателя и его нагрузкой. Не допускать длительных перегрузок его; систематически очищать электродвигатель от грязи и пыли; следить за наличием и достаточной затяжкой крепежных деталей, обеспечивающих взрывозащиту электродвигателя; ежесменно контролировать наличие и качество заземляющих устройств; осуществлять ремонтные работы в соответствии с графиком планово-предупредительного ремонта; постоянно контролировать наличие и концентрацию метана в месте установки электродвигателя и пусковой аппаратуры (при содержании метана 2% отключать электродвигатель и докладывать об этом лицам технического надзора).



Заключение

Любое современное производство, в любой области техники приводится в действие автоматизированным электроприводом. В электроприводе основным элементом, непосредственно преобразующим электрическую энергию в механическую, является двигатель, который чаще всего управляется при помощи соответствующих преобразовательных и управляющих устройств.

Управление осуществляется, как уже было сказано выше, в функции времени. Достоинством схем управления, работающих в функции времени, является отсутствие опасности сколько-нибудь продолжительной работы двигателя с неполной угловой скоростью, чего не удается избежать в схемах, использующих принципы управления в функции угловой скорости или функции тока. Опасность, возникающая при весьма резком возрастании нагрузки, устраняется наличием максимальной защиты, с помощью которой двигатель отключается от сети. Простота и надежность в работе, так же как и возможность применения однотипных реле времени, привели к широкому применению электроприводов, управляемых в функции времени.



Список используемой литературы

1. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. «Электрические машины», Москва «Высшая школа», 2007г.;

2. Винокуров В.А., Попов Д.А. «Электрические машины железнодорожного транспорта», Москва «Транспорт», 1999 г.;

3. Копылов И.П. «Электрические машины», Москва «Энергоатомиздат», 2000 г.;

4. Попов Д.А., Руднев В.Н. «Электрические машины» задание на контрольную работу с методическими указаниями, Москва, 1991 г.

5. Волынский Б.А. Электротехника / Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 525 с.

6. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд., по сост. на 13.05.2009. - СПб.: Деан, 2009. - 464 с.

7. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / под ред. общей ред. Ю.Н. Тищенко и др. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 464 с.

8. Москаленко В.В. Электрический привод. - М.: Академия, 2007. - 368 с.

9. Алексеев В.В. Электрический привод / В.В. Алексеев, А.Е. Козярук. - М.: Академия, 2008. - 200 с.

10. Епифанов А.П. Основы электропривода. - СПб.: Лань, 2008. - 192 с.

11. Кабдин Н.Е. Электропривод и электрооборудование: метод.рекомендации по изучению дисциплины и задания для выполнения контр. работы / Н.Е. Кабдин, А.А. Герасенков. - М.: Изд-во МГАУ им. В.П. Горячкина, 2002. - 34 с. асинхронный двигатель токоведущий



Приложение

Размещено на Allbest.ru

...