Расчет энергетических показателей электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное учреждение высшего профессионального образования «тюменский Индустриальный Университет»

ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

«Расчет энергетических показателей электропривода»

Вариант 7

Пояснительная записка

К контрольной работе

Руководитель Доцент, канд. техн. Наук Хмара Гузель Азатовна

Разработчик Студент гр. ЭАбз-16-1 Рахимов И.И.

Тюмень 2020



РЕФЕРАТ

Главное назначение ЭП заключается в обеспечении движения и управлении исполнительных органов рабочих машин и механизмов. Однако при этом совсем не безразлично, какой ценой это достигается, т. е. какое потребление электроэнергии, как ЭП влияет на сеть и другие электроприемники. Оценка этих свойств ЭП осуществляется с помощью энергетических показателей, к числу которых относятся коэффициент полезного действии (КПД), коэффициент мощности (cosц), потери мощности ДР и энергии ДА. Иногда к этим показателям относят потребляемые из сети и полезные мощность и энергию.

Эти показатели широко используются как при создании новых, так и оценке работы уже действующих ЭП. Очевидно, что предпочтение должно быть отдано тому ЭП, который, обеспечивая заданный технологический процесс рабочей машины или механизма, имеет более высокие по сравнению с другими вариантами энергетические показатели.

Эти же показатели позволяют оценить и эффективность уже работающих ЭП. В том случае, когда они оказываются существенно худшими по сравнению с номинальными, правомочна постановка вопроса о модернизации ЭП или о проведении мероприятий по их повышению. Отметим, что решение о модернизации ЭП должно приниматься только на основании экономического расчета, предусматривающего сопоставление дополнительных капитальных затрат на модернизацию с сокращением эксплуатационных расходов за счет повышения КПД и cosц.

Подчеркнем, что обеспечение высоких энергетических показателей работы ЭП весьма актуально в настоящее время, когда экономия энергетических и материальных ресурсов превратилась в задачу первостепенной важности.



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РАССЧИТАЕМ И ПОСТРОИМ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

1.1 Естественная характеристика

1.2 Характеристика при введении добавочного сопротивления в цепь ротора

1.3 Характеристика при изменении напряжения на 20%

1.4 Характеристика при изменении напряжения и частоты питающего напряжения (f=40 Гц)

2. ОПРЕДЕЛИТЬ ВЕЛИЧИНУ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Оценка свойств электроприводов осуществляется с помощью энергетических показателей. К их числу относятся:

- коэффициент полезного действия - к. п. д.

- коэффициент мощности - cos

- потери мощности - P

- потери энергии - A

Эти показатели широко используют при создании новых, так и оценке работы уже действующих электроприводов.

Очевидно, что предпочтение должно быть отдано тому электроприводу, который обеспечивает требования заданного технологического процесса рабочей машины и имеет более высокие по сравнению с другими вариантами энергетические показатели. Эти же показатели позволяют оценить и эффективность уже работающих электроприводов, указывают на необходимость проведения модернизации электропривода или выполнения мероприятий по их повышению. Обеспечение высоких энергетических показателей работы электропривода весьма актуально в настоящее время, когда экономия энергетических и материальных ресурсов является задача первостепенной важности.

ЗАДАНИЕ

1. Для асинхронной электрической машины рассчитать и построить энергетические характеристики для следующих механических характеристик:

- естественной;

- при реостатном способе регулирования скорости вращения вала электродвигателя в диапазоне 20% от приведенного сопротивления ротора;

- при регулировании скорости вращения вала электродвигателя изменением напряжения питания в диапазоне 20% от номинального напряжения Uном;

- при регулировании скорости вращения вала электродвигателя изменением частоты f и питающего напряжения U при указанном для соответствующего варианта типе статического момента Мс в диапазоне 20% от номинальной частоты fном.

Оценить перегрузочную способность л для каждой из рассчитанных механических характеристик.

2. Определить величину потерь мощности, значение коэффициента полезного действия (КПД), коэффициента мощности (cosц) и коэффициент нагрузки (tgц) по рассчитанным энергетическим характеристикам при моменте сопротивления на валу двигателя на 20% меньше номинального и на 5% больше номинального.

- при пуске электродвигателя в режиме холостого хода при номинальных параметрах сети на естественной характеристике;

- при регулировании скорости электропривода, работающего при номинальной загрузке, различными способами, рассмотренными в пункте задания 1;

- при торможении электропривода, работающего при номинальной загрузке, на естественной характеристике и на регулировочных характеристиках, рассчитанных в п.1.

Таблица 1.1 - Исходные данные

Момент инерции J=1,5 кг•м2

РЕШЕНИЕ



1. РАССЧИТАЕМ И ПОСТРОИМ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

1.1 Естественная характеристика

Механическая характеристика асинхронного электродвигателя описывается уравнением 1.1

М =

где Uф - фазное напряжение обмотки статора;

- скорость идеального холостого хода;

R1, X1 - активное и индуктивное сопротивления обмотки статора соответственно;

, - приведенные активное и индуктивное сопротивления обмотки ротора соответственно;

Формула 1.2 - формула скольжения номинального:

,

где щ0 - напряжение,

щ - номинальная скорость идеального холостого хода.

Момент номинальный вычислим по формуле 1.3:

l

где РН - мощность номинальная, кВт

щН - скорость номинальная, рад/с

Произведем подстановку:

Найдем коэффициент номинальной полной мощности по формуле 1.4:

,

где, - индуктивное сопротивление короткого замыкания.

Произведем замену:

,

Найдем коэффициент момента (МК) по формуле 1.5:

,

Соответственно:

,

Скорость идеального холостого хода (щ0) вычислим по формуле 1.6:

,



где, f - частота, p - число пар полюсов

Получаем:

,

Уравнение механической характеристики (М) приобретет следующий вид 1.7:

,

где, а - число параллельных ветвей обмотки якоря соответственно по формуле 1.8: асинхронный электродвигатель мощность ротор

,

Получаем:

,

Отношение максимального момента асинхронного электродвигателя к его номинальному моменту называют перегрузочной способностью, обозначают данный коэффициент л и вычисляют по формуле 1.9:

,

где, Мном - момент номинальный

Подставляем в формулу 1.9, получаем:



,

Построим на рис. 1.1 естественную механическую характеристику.

Рисунок 1.1 - Естественная механическая характеристика

1.2 Характеристика при введении добавочного сопротивления в цепь ротора

Сопротивление ротора (R2доб) по формуле 1.10:

,

Получаем:

,

Критическое сопротивление (RK) вычислим по формуле 1.11:

,



Вычислим:

,

Число параллельных ветвей обмотки якоря вычислим по формуле 1.8:

,

Рисунок 1.2 - Механическая характеристика (естественная и при Rдоб)

Перегрузочная способность определяется по формуле 1.12:

,

Получим:

,



На рис.1.2 показана механическая характеристика естественная и при Rдоб

1.3 Характеристика при изменении напряжения на 20%

Момент критический (Мкр) равен, по формуле 1.13:

,

где Мкр - коэффициент момента реактивный

Соответственно, получаем:

,

Перегрузочную способность найдем по формуле 1.14:

,

Вычислим:

,

На рис.1.3 показана механическая характеристика естественная и при снижении напряжения.



Рисунок 1.3 - Механическая характеристика (естественная и при снижении напряжения)

1.4 Характеристика при изменении напряжения и частоты питающего напряжения (f=40 Гц)

Угловая частота синхронная , вычислим по формуле 1.15:

,

где, f - частота,

p - число пар полюсов

Получим:

,

Напряжение по закону управления, формула 1.16

,



Получим:

,

Момент критический (Мкр.f) найдем по формуле 1.17:

,

Вычислим:

,

Перегрузочная способность, вычисленная по формуле 1.12 равна:

,

На рис.1.4 показана механическая характеристика естественная и при управлении

Рисунок 1.4 - Механическая характеристика (естественная и при управлении )



2. ОПРЕДЕЛИТЬ ВЕЛИЧИНУ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ

Определить величину потерь мощности, значение коэффициента полезного действия (КПД), коэффициента мощности (cosц) и коэффициент нагрузки (tgц) по рассчитанным энергетическим характеристикам при моменте сопротивления на валу двигателя на 20% меньше номинального и на 5% больше номинального.

КПД определяется по формуле 1.18:

,

Потери общие по формуле 1.19:

.

Потери переменные по формуле 1.20:

,

Потери постоянные по формуле 1.21:

,

,

где, Коэффициент мощности по формуле 1.22:

,



Реактивная мощность, потребляемая двигателем 1.23:

,

где Qxx - реактивная мощность, необходимая для создания магнитного потока, является постоянной величиной для электродвигателя и находится в пределах 0,5 0,7 от номинальной реактивной мощности.

Номинальную реактивную мощность вычисляют по формуле 1.24:

,

Потребляемые электродвигателем номинальная активная и полная мощности соответственно по формуле 1.25, 1.26:

, ,

Переменную составляющую реактивной мощности, зависящую от загрузки электродвигателя, вычисляют по формуле 1.27:

,

Коэффициент загрузки электродвигателя, 1.28:

.

Коэффициент нагрузки, 1.29:



,

Таблица 1.2 - Энергетические характеристики всех механических режимов

0	Рмех	ДPпост	ДPпер	Др	КПД	в	Q	tan	Рмех
1.Rдоб	32003	1098	11440	12538	0,72	1,1135	36540,0	0,820	32003
2. р	25000	1098	9500	10598	0,70	0,89	30566,3	0,859	25000
3. U	30500	1098	10440	11538	0,73	1,051	34733,6	0,826	30500
4.1 U/f	35500	1098	12000	13098	0,73	1,215	39689,3	0,817	35500
4.2	36500	1098	12500	13598	0,73	1,2525	40923,3	0,817	36500
4.3	33500	1098	11100	12198	0,73	1,1425	37410,0	0,819	33500



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Активная мощность двигателя Рх определяет среднюю мощность необратимого преобразования в двигателе электрической энергии, получаемой из трехфазной сети, в механическую, тепловую и другие виды энергии, а реактивная мощность максимальную мощность обмена энергией между источником и магнитным полем двигателя.

Так были построены следующие механические характеристики согласно задания.

При реостатном способе регулировании вращения вала, регулирование при помощи изменения напряжения, при регулировании скорости вращения вала электродвигателя изменением частоты f и питающего напряжения U, была рассчитана перегрузочная способность для каждой механической характеристик.

Недогрузка электродвигателей приводит к тому, что недостаточно возмещаются средства, вложенные в электродвигатели, электрическую силовую сеть и заводские подстанции. Вследствие недогрузки электродвигателей понижаются их КПД и cosц. Понижение КПД приводит к непроизводительному расходу энергии. Понижение cosц при потреблении неизменной активной мощности приводит к увеличению силы тока. При возрастании силы тока увеличиваются потери в сети и не полностью используется установленная мощность трансформаторов и генераторов.

Если на предприятии имеется много электродвигателей, работающих, с неполной нагрузкой, возрастает плата за электроэнергию, так как за каждый киловольт-ампер установленной на предприятии мощности трансформаторов взимается определенная плата, не зависящая от фактического потребления энергии. Кроме того, при пониженных значениях cosц стоимость единицы израсходованной энергии возрастает.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Прянишков В.А. Теоретические основы электротехники - Санкт-Петербург. 2004г

2. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., В.Л. Чечурин, Теоретические основы электротехники / том 1, 4-е изд., доп.- М.:Питер, 2008. - 443 с.

3. Касаткин А.С. Электротехника -Москва.1995г

4. Л.А. Бессонов Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник / JI. А. Бессонов. -- 11-е изд., перераб. и доп. -- М.: Гардарики, 2007.

5. Богданов Н.Г. Расчёт электрических фильтров. - М.: ВИПС, 2000 г.,352 с.

6. Виноградов А.Б., Чистосердов В.Л., Сибирцев А.Н. Адаптивная система векторного управления асинхронным электроприводом, 2004 г.

Размещено на Allbest.ru

...