Електрообладнання підприємств і цивільних споруд

Размещено на http://allbest.ru

Зміст

Анотація

Вступ

1. Аналітична частина

1.1 Класифікація електроприводу промислових механізмів

1.2 Положення по розрахунку та вибору потужності електродвигунів

2. Основна частина

2.1 Види електродвигунів для електроприводу промислових механізмів

2.2 Попередній розрахунок потужності електродвигуна

2.3 Приведення статичних та моментів інерції до вала електродвигуна

2.4 Побудова механічних характеристик і розрахунок опорів

2.4.1 Двигун постійного струму незалежного збудження

2.4.2 Асинхронний двигун з фазним ротором

2.5 Механічна характеристика двигуна в різних режимах роботи

2.5.1 Розрахунок перехідних процесів двигуна постійного струму

2.5.2 Розрахунок перехідних процесів асинхронного двигуна

2.6 Перевірка вибраного двигуна по нагріву

2.7 Вибір релейно-контактної схеми керування електроприводом

Висновки

Перелік посилань

Додатки



Анотація

Курсовий проект з предмету “Електрообладнання підприємств і цивільних споруд” виконано в обсязі пояснювальної записки і графічної частини.

Об'єкт розробки - схема електроприводу циклічної дії.

При виконанні курсового проекту здійснений попередній вибір потужності двигуна, приведення статичних моментів та моментів інерції до валу двигуна, розрахунок та будування механічних характеристик двигуна, перевірка двигуна за нагрівом, вибір тиристорного перетворювача та обрана релейно-контактна схема керування електроприводом.

Метою курсового проекту є визначення механізму циклічної дії та класифікація його згідно з діючими нормативами. Поставлені завдання - визначення електроприводу, класифікація електроприводів та класифікація виробничих механізмів.

Ключевые слова: електрообладнання, електропривід, двигун, перехідні процеси, механічні характеристики



Вступ

Електроприводи механізмів циклічної дії працюють у повторно-короткочасному режимі, характерною особливістю якого є часті пуски та зупинки двигуна. Втрати енергії у перехідних процесах безпосередньо залежать від моменту інерції електропривода , основну долю якого, не враховуючи інерційні механізми, складають момент інерції двигуна .

За умовами нагріву припустиме навантаження двигуна при повторно-короткочасному режимі вище, ніж при тривалому режимі. При пуску з підвищеним статичним навантаженням двигун повинен розвивати також підвищений пусковий момент, який перевищує значення статичного моменту на величину динамічного моменту. Тому у повторно-короткочасному режимі роботи необхідна більш висока перевантажувальна здатність двигуна, ніж при тривалому режимі. Необхідність високої перевантажувальної здатності обґрунтовується також і необхідністю подолання короткочасних механічних перевантажень.

Нарешті, умови нагріву та охолодження двигунів у повторно-короткочасному режимі відрізняються від аналогічних умов при тривалому режимі. Особливо сильно ця відмінність проявляється у двигунів з само вентиляцією, так як кількість охолоджуючого повітря, що надходить у двигун, залежить від частоти обертання його валу.

Під час перехідних процесів і пауз тепловіддача двигуна погіршується, що робить істотний вплив на допустиме навантаження двигуна. Всі ці умови визначають необхідність використання в електроприводах механізмів циклічної дії спеціальних двигунів, номінальним режимом яких є повторно-короткочасний режим, що характеризується певною номінальною тривалістю включення [1]..



1. Аналітична частина

1.1 Класифікація електроприводу промислових механізмів циклічної дії

Метою курсового проекту є визначення механізму циклічної дії та класифікація його згідно з діючими нормативами. Поставлені завдання - визначення електроприводу, класифікація електроприводів та класифікація виробничих механізмів.

Електроприводом називається машинний пристрій, який виконує перетворення електричної енергії у механічну та, який забезпечує електричне керування перетвореною механічною енергією. З урахуванням історичного розвитку різноманітні електроприводи можна розділити на три основні типи: груповий, одиночний та багатодвигунний.

Груповим електроприводом називається такий привід, в якому від одного електродвигуна за допомогою однієї чи декількох трансмісій рух передається групі робочих машин. Одиночним електроприводом називається привід, який за допомогою одного електродвигуна приводить у рух окрему машину.

Прикладами використання такого приводу є одношпиндельний свердлильний станок, різноманітні інструменти, та інші металооброблювальні станки. Багатодвигунним електроприводом називається привід, зібраний з декількох одиночних електроприводів, кожний з яких призначений для приведення в дію окремих робочих елементів виробничого агрегату.

Такі приводи використовуються, наприклад, у складних металооброблювальних станках, в металургійних прокатних станах та інших машинах.

По призначенню загально промислові установки діляться на:

1) підйомні - транспортні машини;

2) землерийні машини;

3) машини для транспортування рідкої середи та газів, а також для стискання газів.

Кожна з цих груп має машини, різні по конструкційному виконанню. До підйомно-транспортних машин відносяться мостові, козлові та поворотні крани, перезавантажувальні мости, стаціонарні вентилятори та нахиляючи підйомні установки дискретної дії, горизонтальні конвеєри, вертикальні ковшові транспортери. Машини для транспортування рідини та газів включають у себе центр обіжні та поршневі насоси, компресори та центр обіжні вентилятори [2].

В області використання розрізняють машинобудівні, металургійні, горні, будівні, суднобудівні та інші установки механізми яких можуть бути віднесені до загально промислових.

По характеру технологічного процесу загально промислові механізми розділяються на дві великі групи: механізми циклічної дії, робочий процес яких складається з повторюваних однотипних циклів, і механізми безперервної дії, технологічний процес, котрих має безперервний характер. Типовими прикладами перших можуть бути крани, підйомні машини, ліфти, а других - ескалатори, землесоси, конвеєри.

Підйомні крани об'єднують велику групу підйомне-транспортних установок циклічної дії. Основні механізми таких установок, як правило, мають реверсивний електропривод, розрахований для роботи в інтенсивному повторно-короткочасному режимі. В кожному робочому циклі мають місце невстановлені режими роботи електроприводу: пуски, реверси, гальмування, оказуючи вагомий вплив на продуктивність механізму, на динамічні навантаження приводу та механізму, на ККД установи та ряд інших факторів.

До кількості загально промислових установок безперервної дії відноситься велика група машин та механізмів, що включає в себе різноманітні конвеєри, ескалатори, відцентрові насоси, вентилятори, компресори та інші. Конвеєрами є найбільш розповсюджені механізми безперервного транспорту сипучих та штучних матеріалів. В залежності від типу тягового елемента конвеєри поділяються на три групи: стрічкові, ланцюгові та канатні. Важливе місце серед установок безперервної дії займає група механізмів відцентрового та поршневого типу. До цих механізмів відносяться насоси вентилятори та компресори. Під загальним терміном насоси об'єднується численна група різних механізмів, призначена для транспортування рідин. Сюди ж відносяться, наприклад, насоси в системі водопостачання та каналізації, землесоси, спеціальні насоси для хімічних середовищ.

Термін вентилятори об'єднує велику групу механізмів, які здійснюють транспортування газів (шахтні та промислові вентилятори, димососи, газодувки). Нарешті, під компресорами розуміються механізми, призначені для отримання та транспортування стиснутого повітря з метою використання його енергії для створення сильного дуття, для приводу пневматичних гальм, робочих машин (молотів, пресів), інструмента (відбійних молотків).

Таким чином, перші дві групи механізмів - насоси та вентилятори мають одну спільну функцію - транспортувати рідини та гази при безперервному характері роботи. Компресори виконують і іншу функцію, виконуючи акумулювання енергії у вигляді енергії стиснутого повітря. Виходячи з призначення та характеру роботи, насоси та вентилятори можна було б віднести до механізмів безперервного транспорту. Проте по принципу роботи та конструкції вони значно відрізняються від розглянутих раніше транспортних механізмів, тому виділені разом із компресорами в окрему групу механізмів безперервної дії.

По принципу дії насоси, вентилятори та компресори діляться на дві основні категорії, а конкретно на механізми відцентрового та поршневого типів. Механізми відцентрових типів володіють високою подачею, прості по конструкції та надійні в експлуатації тому й знайшли широке використання.

Механізми поршневого типу більш складні по конструкції та умовам експлуатації, проте мають високий ККД та здатні здійснювати стискання газів до значно високого тиску (до 10⁵кПа). По потужності діляться на двигуни малої потужності (до 35 кВт); двигуни середньої потужності (35-100 кВт); двигуни великої потужності (вище 100 кВт).

Висновок: згідно з визначенням електроприводу, він являє собою комплекс, що складається з перетворювача, системи керування та робочого органа.

Механізм циклічної дії являє собою пристрій, який працює в повторно-короткочасному режимі. Прикладом такого пристрою є підйомно-транспортні механізми, зокрема, головні приводи механізмів підйому, опускання вантажів.

1.2 Основні положення по розрахунку та вибору потужності електродвигунів

Метою курсового проекту є вибір методики для визначення виду електродвигунів для приводу механізму циклічної дії. Особливості вибору та розрахунку електродвигунів для різних режимів роботи виробничих механізмів. Вплив виду ізоляції на вибір електродвигуна. Потужність електродвигуна вибирається, виходячи з необхідності забезпечити виконання даної роботи електроприводу, при дотриманні нормального теплового режиму та припустимого механічного пере навантаження двигуна.

Вибір потужності електродвигуна вимагає також розрахунку навантаження приводу не тільки при встановленій роботі, але й у періоди перехідних режимів. З цією метою, звичайно, будуються так званні навантажувальні діаграми, під якими розуміють залежність обертаючого моменту, потужності та струму двигуна та часу, тобто:



В кожному окремому випадку двигун, вибраний в відповідності з заданою діаграмою, повинен бути повністю завантажений та при цьому працювати, не перегріваючись вище допустимих норм. Таким чином він повинен забезпечувати нормальну роботу при можливих тимчасових перевантаженнях та мати достатній пусковий момент для забезпечення необхідної тривалості пуску робочого механізму.В більшості випадків вибір потужності двигуна виконується по нагріву, а потім перевіряється по перевантажувальній здатності, як показано нижче. Нагрів двигуна виникає за рахунок втрат, виникаючих в ньому при перетворенні електричної енергії в механічну.

Втрати енергії в сталі, міді та втрати на тертя викликають нагрів різних частин машини; при цьому виникає також взаємний нагрів окремих частин машини. Ці втрати можуть бути записані в загальному виді одним з наступних рівнянь:

де Р₁ та Р₂ - відповідно потужність, прикладена до двигуна, та потужність на його валу;

- ККД двигуна;

k - так звані постійні втрати (в сталі, підшипниках та вентиляційні), практично незалежні від навантаження;

- змінні втрати (втрати в міді) при номінальному навантаженні;

;

x = Р₂ / Р_н; Р_н - номінальна потужність двигуна.

Внаслідок виділення тепла при навантаженні температура двигуна поступово підвищується, та якщо б двигун не віддавав тепло навколишнє середовище, вона могла б досягти безкінечно великого значення. Однак розсіяння тепла поверхнею двигуна (тепловіддача) в навколишню середу зростаюче зі зростанням температури двигуна, обмежує нагрів, і підвищення температури по закінченню деякого часу завершується. Це виникає тоді, коли кількість тепла, що віддається двигуном в навколишню середу за одиницю часу, дорівнює кількості тепла, виділеного двигуном за той же час. В відповідності до цього, при виборі потужності двигуна по умовам нагріву розрізняють три основних режимах роботи.

Тривалий режим роботи. В цьому режимі робочий період настільки великий, що температура двигуна досягає свого встановленого значення. В якості прикладів тут можуть працювати двигуни вентиляторів, насосів, перетворювальних установок та таке інше, де періоди роботи вимірюються годинами та навіть днями (дивись рисунок 1.1)

Рисунок 1.1 - Тривалий режим роботи

Короткочасний режим роботи. Цей режим роботи характерний тим, що в робочий період температура двигуна не встигає досягти встановленого рівня, а пауза настільки велика, що температура двигуна знижується до температури навколишньої середи. Такий режим роботи зустрічається, наприклад, в приводах поворотного залізничного круга, розвідних мостів, де пауза в роботі значно перевищує тривалість робочого періоду(дивись рисунок 1.2).



Рисунок 1.2 - Короткочасний режим робити

Повторно - короткочасний режим роботи. При цьому режимі в жодному з періодів температура двигуна не досягає встановленого значення, а під час паузи двигун не встигає охолонути до температури навколишнього середовища. Прикладом такого режиму роботи є крани, ліфти та інші пристрої. (дивись рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Повторно - короткочасний режим роботи

Методики вибору потужності двигунів для кожного з трьох вказаних режимів роботи декілька відрізняються, оскільки умови нагрівання для них різні. Допустиме нагрівання двигунів визначається нагрівостійкістю використовуваних ізоляційних матеріалів. Всі ізоляційні матеріали, використовувані в електричних машинах, діляться по нагрівостійкості на наступні класи:

- клас А. До нього належать бавовняні тканини, бумага та волокнисті матеріали з целюлози та шовку. Гранично допустима температура 105 °С;

- клас Е. Деякі синтетичні органічні плівки та інші. Граничнодопустима температура 120 °С;

- клас В. До нього входять матеріали із слюди, азбесту та скловолокна. Гранично допустима температура 130 °С;

- клас F. Ті ж, що в кл. В, використовувані в комбінації з синтетичними зв'язуючими составами. Гранично допустима температура 155 °С;

- клас Н. Ті ж, що й в В, в комбінації з крем неорганічними зв'язуючи-ми составами;

- клас С. Слюда, керамічні матеріали, скло, кварц, використовувані без зв'язуючих составів. Гранично допустима температура 180 °С.

Перевищення вказаних температур неприпустимо, так як це призведе до руйнування ізоляції та скороченню строку служби двигунів. Використання для роботи в короткочасному режимі двигунів нормальних серій, призначених для тривалої праці, є небажаним. Перш за все оказується, що нормальні двигуни можуть бути використані з повним навантаженням по нагріву лише в деяких випадках відносно великих значень t_р / Т_н, так як майже завжди границі використання обмежуються перевантажувальною здатністю двигуна. Крім того не всі частини двигуна мають однакові постійні часу нагріву. Всі ці обставини приводять до того, що електричні двигуни для короткочасної роботи розраховуються заводами-виробниками інакше, як двигуни для тривалого режиму роботи. Тривалість їх роботи нормується стандартними значеннями 15, 30, та 60 хвилин, вони повинні вибиратися по спеціальним каталогам серії двигунів, призначених для короткочасного режиму роботи. Для двигунів повторно-короткочасного режиму роботи в каталогах вказується потужність, яку двигун може розвивати при кожному з нормованих значеннях ТВ % (15, 25, 40 та 60 %), чи відповідно в відносних величинах ? (0,15; 0,25; 0,4 та 0,6).

Висновок: правильний вибір потужності двигунів має велике народногосподарське значення, в більшості визначаються початкові затрати та вартість експлуатаційних затрат в електроприводі. Використання двигунів недостатньої потужності може привести до порушення нормальної роботи механізму, до зниження його продуктивності, виникненню аварій та передчасному виходу з ладу. В свою чергу використання двигунів завищеної потужності знижує економічні показники установки, веде до подорожчання та великим затратам енергії. В цьому випадку не тільки підвищується початкова вартість електроприводу, але й підвищується втрати енергії за рахунок зниження ККД двигуна, а в установках змінного струму, крім цього, погіршується коефіцієнт потужності, величина якого безпосередньо впливає на непродуктивне завантаження розподільчих мереж та генераторів електричних станцій, що виробляють електричну енергію. Варіант на курсовий проект приведене в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 - Варіант на курсовий проект

№ Завдання	Мр1, Н·м	Мр2, Н·м	, кг·м	, кг·м	, рад/с		ТВм, %	с
9	9000	1700	200	105	4,2	0,7	43	115

Перелік вихідних даних до курсового проекту приведений у табл.1.2.

електродвигун асинхронний ротор

Таблиця 1.2 - Перелік вихідних даних до курсового проекту

Найменування величини	Позначення	Розмірність
Моменти завантаження	Мр1, Мр2	Н · м
Моменти інерції робочого механізму	Jр1 , Jр2	кг· м2
Швидкість обертання робочого механізму	щр	рад / с
ККД передачі механізму	зn	-
Продовження включення механізму	ТВм	%
Час циклу		с



2. Основна частина

2.1 Види електродвигунів для електроприводу промислових механізмів

Як вже зазначалося у вступі, в кожній роботі розглядається два варіанти приводу: від двигуна постійного струму незалежного збудження і від асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.

Двигуни низьковольтні.

Розрахункова схема електроприводу показана на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 - Розрахункова схема електроприводу

Д - двигун;

ПП - передавальний пристрій;

РО - робочий орган;

ЗМ1 і ЗМ2 - з'єднувальні муфти;

М і М_р - моменти на валу двигуна та робочого органу;

щ і щ_р- кутові швидкості двигуна та робочого органу;

J_дв і J_р - моменти інерції двигуна та робочого органу;

J_зм1 і J_зм2 - моменти інерції муфт;

і - передавальне число ПУ; з - ККД.

Навантажувальна діаграма механізму наведена на рисунку 2.2, де t_p1, t_p2- час роботи; t_п1, t_п2- час паузи; Тц - час циклу.



Рисунок 2.2 - Навантажувальна діаграма механізму

2.2 Попередній вибір потужності двигуна

Потужність двигуна попередньо вибирається орієнтовно, а потім після розрахунку перехідних процесів і побудови навантажувальної діаграми дви-гуна проводиться перевірка по нагріванню. Потужність двигуна визначається за навантажувальної діаграмі механізму (рисунок 2.2).

Еквівалентний момент на валу робочого органу:

Час роботи механізму:



Час паузи механізму:

Згідно з формулою 2.3:

Еквівалентна потужність на валу робочого органа:

Еквівалентна потужність на валу двигуна:

Розшифрування параметрів, що входять в рівняння (2.1) - (2.5), дані в таблиці 1.2.

Розрахункова потужність на валу двигуна при заданій тривалості включення механізму:

де - коефіцієнт запасу, що враховує вплив динамічних навантажень і інших неврахованих при розрахунках факторів, зокрема погіршення умов тепловіддачі двигуна при зниженій швидкості.

Прийняте значення залежить від величини коефіцієнта інерції FІ, під яким розуміється відношення суми приведеного до валу моменту інерції системи до моменту інерції двигуна, а також від співвідношення часу перехі-дних і сталих процесів. При FІ до 1,2 рекомендується приймати, при - FІ > 1,2 -К_з =.

Приведення розрахунків потужності Р_роз до стандартної тривалості включення ТВ виконується за формулою:

де - потужність на валу двигуна, приведена до стандартної тривалості включення.

Стандартне значення зазвичай приймають найближчим до розрахункового .

Для приводу механізмів, що працюють в повторно-короткочасному режимі, рекомендується використовувати, якщо це можливо, кранові електродвигуни. Для цих двигунів доцільно приймати = 25 %, так як в деяких довідкових матеріалах окремі параметри двигунів наводяться саме при названому значенні ТВ.

Далі за каталогом проводиться вибір потужності двигуна постійного струму паралельного збудження і асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, що задовольняє співвідношення:

Р_н > Р_кат , (2.8)



де Р_н - номінальна потужність двигуна, зазначена в каталозі при прий-нятому в розрахунку ТВ_н.

Таблиця 2.1 - Паспортні дані двигунів

Тип двигуна	Рном, кВт	Uном, В	nном, об/мин	Iном, А	Jд, кг·м2	Режим роботи
МТН 512 - 6	47	220	560	242	5,75	ПВ-40%
MTKF(H) 61 - 10	45	220	565	112	4,25	ПВ-40%

По каталогу вибираємо ДПС типу МТН 512 - 6, який має данні: Р = 47 кВт; n_н = 560 об/хв.; І_ном. = 242 А, U_ном. = 220 В та АД з КЗ ротором типу MTKF(H) 61 - 10, який має данні: Р = 45 кВт; І₁ = 112 А, n_н = 565 об / хв.; М_макс = 2320 Нм; J_p = 4,25.

2.3 Приведення статичних моментів і моментів інерції до вала електродвигуна

Як вже зазначалося, в якості виробничого механізму прийнятий меха-нізм підйому, статичні моменти, приведені до валу двигуна, для випадку під-йому вантажу:



Для випадку спуску вантажу:

М^/_c1 = М_с1(2-1)

М^/_c1 = 920,825 (2 - 1) = 368,33

М^/_c2 = М_с2(2-1)

М^/_c2 = 368,95 (2 - 1) = - 125,443

де М_р1, М_р2, - моменти опору на валу механізму;

і - передавальне число передавального пристрою;

, - ККД передавального пристрою відповідно при передачі моментів навантаження М_р1, М_р2.

Передбачається, що при моменті навантаження М_р2 має місце силовий спуск. Передавальне число знаходиться за формулою:

де р n_н / 30 - номінальна кутова швидкість двигуна, рад/c; кутова швидкість вихідного вала механізму, рад/c;

n_н- номінальна частота обертання обраного двигуна постійного струму незалежного збудження, об/хв. (для варіанту приводу від асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором передавальне число залишиться тим же, що і для варіанту приводу від двигуна постійного струму).



Згідно з формулою 2.14:

Для асинхронного двигуна статичні моменти, що приведені до вала двигуна:

Для випадку спуску вантажу:

М^/_c1 = М_с1 (2-1)

М^/_c1 = 920,825 (2 - 1) = 368,33

М^/_c2 = М_с2(2-1)

М^/_c2 = 368,95 (2 - 1) = - 125,44

Розрахунок передавального числа АД:

(2.19)

ККД передавального пристрою при моменті навантаження М_р1 приймається рівним заданому у вихідних даних (дивитися таблицю 1.2). ККД передавального пристрою при моменті навантаження М_р2 визначається за кривими рисунок 2.3 в залежності від коефіцієнта завантаження, який знаходить за формулою:

де - номінальний статичний момент (приймається найбільший з моментів М_р1 та М_р2 )

Приведені моменти інерції системи для обох варіантів привода визначаються для моменту навантаження й :

де і - приведені до валу двигуна моменти інерції системи відпо-відно при моментах навантаження М_р1 і М_р2;

- коефіцієнт, що враховує момент інерції передавального пристрою;

момент інерції відповідного (постійного струму або асинхронного) двигуна;

і - моменти інерції з'єднувальних муфт;

- момент інерції двигуна;

і - моменти інерції робочого механізму відповідно при моментах навантаження М_р1 і М_р2; і - передавальне число передавального пристрою.



- для двигуна постійного струму:

- для асинхронного двигуна:

2.4 Побудова механічних характеристик електродвигунів і розрахунок опорів

2.4.1 Двигун постійного струму паралельного збудження

Побудова природної механічної характеристики двигуна, яка являє со-бою пряму лінію, зручно робити по двох точках, одна з яких відповідає номі-нальним значенням моменту М_н і швидкості щ_н, а друга - швидкості ідеаль-ного холостого ходу щ₀.

Номінальний момент двигуна обчислюється за паспортними даними:

де Р_н - номінальна потужність двигуна, кВт;

- номінальна частота обертання, об/хв.;



Згідно з формулою 2.24

Швидкість ідеального холостого ходу:

де - номінальна напруга В;

Ф - магнітний потік, Вб;

- номінальний струм якоря, А.

При розрахунку пускових і гальмівних характеристик важливим є вибір величини пускового і гальмівного моментів. Якщо задано допустиме приско-рення механізму, то вибір величини пускового і гальмівного моментів вико-нується з умови:

М_п = М_с + J a_доп (2.26)

М_г = Ja_доп - М_с, (2.27)

де М_с - приведений до валу двигуна момент статичного навантаження;

J - приведений до валу двигуна момент інерції приводу;

a_доп - допустиме кутове прискорення двигуна.

В обох випадках знайдене значення моменту не повинно бути більше допустимого моменту двигуна.

Реалізувати підтримку заданого прискорення у всіх режимах і при всіх навантаженнях можна тільки в замкнутій системі електроприводу.

У розімкнутій системі при реостатному пуску і гальмуванні приводу можна обмежити максимальне або середнє значення пускового (гальмівного) моменту двигуна згідно (2.26) та (2.27).

При виборі пускового (гальмівного) моменту необхідно розглядати найбільш небезпечні режими з точки зору перевищення допустимого прискорення і для цих режимів обмежити прискорення на допустимому рівні.

Для транспортних машин найбільш небезпечним режимами зазвичай є пуски і гальмування при максимальному моменті опору, що пов'язано з міцністю каната і механізму.

Розрізняють форсований і нормальний пуски. Форсований пуск (як унашому випадку) застосовується для приводів з великим числом включень на годину.

Рисунок 2.3 - Механічна характеристика ДПТ



На рисунку 2.3 наведена схема включення опорів і позначення основних величин, необхідних при розрахунку опору R_я1, R_я2, R_я3, і називаються опорами ступеню; опору R_д1, R_д2, R_д3, - опору секції.

Якщо в процесі пуску двигуна момент статичного опору постійний, що має місце в більшості практичних випадків, то моменти переключення М₁ і М₂ обираються однаковими на всіх ступенях. Побудова пускових і гальмівних характеристик проводиться в наступному порядку.

Задаються максимально допустимим моментом двигуна при пуску:

М₁ = 2,5 • М_н (2.28)

М₁ = 2,5 • 801,518 = 2003,795

Для заданого числа ступенів пускового реостата знаходять відношення пускового моменту до моменту перемикання:

де = U_н / І_н = U_н кФ / М₁ - опір якірного кола на першій ступені пускового реостата;

r_я= r_яо + r_дп + r_щ - опір якоря, що включає опір обмотки якоря r_яо, додаткових полюсів r_дп, і щіток r_щ:



Величина кФ_н знаходиться за співвідношенням:

При контакторному управлінні рекомендується застосовувати для двигунів малої потужності (до 10 кВт) число ступенів m = 23, а для двигунів середньої потужності (до 50 кВт) - m = 34.

Знаходять момент перемикання:

При цьому дотримується умова ? 1,1 750,81.

Якщо ця умова не виконується, то слід збільшити число ступенів пускового реостата або вибрати двигун найближчої великої потужності. За знайденим значенням М₁ і М₂ будується по заданому початковому значенням гальмівного моменту:

М_поч1 = (2,0 2,5) М_н (2.33)

М_поч1 = 2,5 801,518 = 2003,795

Якщо величина пускового моменту двигуна М_п на характеристиці противмикання виявиться менше М_с1, рекомендується належним чином збільшити значення М_поч1.



Розрахунок пускових опорів можна провести аналітично за формулою:

R_ям = r_ял^m (2.34)

R_я1 = 0,106 1,506 = 0,16 Ом

R_я2 = 0,106 1,506² = 0,241 Ом

R_я3 = 0,106 1,506³ = 0,364 Ом

За знайденим значенням опорів R_я1,R_я2,R_я3, знаходять додаткові опори для кожної секції:

R_д1 = R_я3 - R_я2 (2.35)

R_д1 = 0,364 - 0,241 = 0,122 Ом

R_д2 = R_я2 - R_я1 (2.36)

R_д2 = 0,241 - 0,16 = 0,081 Ом

R_д3 = R_я1 - rя (2.37)

R_д3 = 0,16 - 0,106 = 0,054 Ом

2.4.2 Асинхронний двигун з фазним ротором

Для розрахунку природного механічної характеристики в руховому режимі і в режимах електричного гальмування (рекуперативне і противми-кання) використовується рівняння:

де М - обертаючий момент двигуна, ;

- максимальний /критичний/ момент двигуна;

- перевантажувальна здатність двигуна;

- номінальний момент двигуна;

s=(щ₀ - щ)/щ₀ - ковзання ротора двигуна;

щ₀=(2••f_м)/р с-¹- синхронна кутова швидкість двигуна;

- кутова швидкість двигуна, ; - частота мережі, Гц; - число пар полюсів; - критичне ковзання.

Розрахунок номінального моменту:

Розрахунок максимального моменту:

(2.40)

Згідно з формулою 2.40:

Синхронна кутова швидкість двигуна:

Критичне ковзання:

де s_ном=(щ₀ - щ_ном)/щ₀ - номінальне ковзання;

щ_ном=(2• • n_ном)/60- номінальна кутова швидкість двигуна.

Номінальне ковзання:

Розрахункові формули для побудови характеристик:

щ = щ₀ • (1- s) (2.45)

Задаючись значеннями ковзання в межах від - 0,2 до 2,2, знаходять по рівняннях даним відповідні значення моменту М й кутової швидкості щ й будують механічну характеристику двигуна для трьох режимів:

- рекуперативного:

- двигунного:

- противмикання:

Результати проведених розрахунків для кожного режиму заносимо в таблиці 2.2 - 2.4.

Механічна характеристика асинхронного двигуна з фазним ротором побудована на рисунку 2.4

Таблиця 2.2 - Рекуперативний режим

S	-0,2	-0,18	-0,16	-0,14	-0,12	-0,1	-0,08	-0,06	-0,04	-0,02	-0,01	-0,005	0
M, Н · м	-2019,4	-1909,3	-1777,5	-1623,2	-1445,9	-1246,4	-1025,9	-787,2	-533,6	-269,5	-135,1	-67,6	0
щ, рад / c	75,4	74,1	72,8	71,6	70,3	69,1	67,8	66,6	65,3	64,1	63,4	63,1	0

Таблиця 2.3 - Руховий режим

S	0	0,01	0,06	0,1	0,2	0,31	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
M, Н · м	0	135,1	787,2	1246,4	2019,4	2310,0	2295,5	2167,7	2002,6	1836,8	1683,8	1547,3	1427
щ, рад / c	62,8	62,2	59	56,5	50,2	43,3	37,7	31,4	25	18,80	12,6	6,30	0

Таблиця 2.4 - Режим противмикання

S	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2	2,1	2,2
M, Н · м	1427	1321,5	1228,8	1147,2	1074,9	1010,6	953,2	901,7	855,2	813,1	774,9	739,9	707,9
щ, рад / c	0	-6,3	-12,6	-18,8	-25,1	-31,4	-37,7	-44	-50,2	-56,5	-62,8	-69,1	-75,4

Рисунок 2.4 - Механічна характеристика АСД

2.5 Розрахунок перехідних процесів і побудова навантажувальної діаграми двигуна

2.5.1 Розрахунок перехідних процесів двигуна постійного струму

Розрахунок механічних перехідних процесів для різних режимів (пуск, реверс, гальмування) двигуна постійного струму з лінійною механічною характеристикою при проводиться за допомогою рівнянь:

де , , , - початкові і кінцеві значення кутової швидкості та моменту на відповідній ділянці механічної характеристики,

- електромеханічна постійна часу;

момент інерції системи, приведений до вала двигуна;

опір якоря для відповідної характеристики.

Наведені вирази можуть використовуватися для розрахунку перехідних процесів в різних режимах (пуск, реверс, гальмування). У кожному конкретному випадку необхідно визначити електромеханічну постійну часу, а також початкові і кінцеві значення змінних.

Для розрахунку зміни у часі кутової швидкості та моменту двигуна на будь-якій пусковій характеристиці (2.46) та (2.47) з урахуванням відповідніх граничних умов. Згідно пускової характеристики (ділянка 1-2) при граничними умовами будуть:

(2.48)

При цьому вирази для швидкості і моменту відповідно до (2.46) та (2.47) приймають вид:

(2.49)

, (2.50)

де -електромеханічна постійна часу на першій ступені; U /опір якірного кола на першій ступені.

Час перехідного процесу на відповідній ступені при зміні моменту від до визначається за формулою:



Задаючись кількома значеннями часу t в межах від нуля до , розраховують залежності і M = на першій пусковій характеристиці [3].Аналогічно розраховуються криві перехідних процесів при розгоні двигуна на інших пускових характеристиках. При чому на будь-який з характеристик , а кінцеве значення швидкості для попереднього ступеня є початковим значенням для подальшої. Так, наприклад, згідно початкове значення швидкості для другого ступеня одно . Відлік часу на кожному ступені починається з нульового значення. Для практичних розрахунків приймають:

= (3Tм (2.52)

де - електромеханічна постійна часу для природної механічної характеристики двигуна.

=0,11 = 0,44

Розрахунки залежностей та приведені

Гальмування противмиканням здійснюється зміною полярності напруги на якорі. Так як якір за інерцією обертається в колишньому напрямі, то ЕРС двигуна буде спрямована не проти напруги мережі, як в попередньому руховому режимі, а згідно йому. Для обмеження струму в коло якоря включається максимальний додатковий опір і двигун працює на характеристиці, якій відповідає ділянка 9-10. Початкове значення швидкості при гальмуванні дорівнює сталої швидкості попереднього рухового режиму .

Після зупинки двигуна (точка 10) під дією сумарного моменту двигуна і навантаження відбувається розгін у зворотньому напрямку (спуск вантажу) за характеристиками, яким відповідають ділянки 11 - 12; 13 - 14; 15 - 16 і природною.При має місце рекуперативне гальмування на природній характеристиці до сталої швидкості - , при якій відбувається спуск вантажу. Розрахунок перехідних процесів при гальмуванні противмиканням проводиться на підставі тих же вихідних виразів (2.46) та (2.47), що і при пуску двигуна, але з урахуванням своїх початкових і кінцевих значень змінних.

При гальмуванні противмиканням маємо:

,

З урахуванням цих значень отримаємо:

(2.53)

, (2.54)

де - електромеханічна постійна часу для характеристики противмикання.

Час гальмування:

Задаючись кількома значеннями t в межах від нуля до, розраховують залежність іM= при гальмуванні противмиканням. Результати розрахунку зводяться до таблиці 2.2. Слід зазначити, що у виразах (2.52), (2.53), (2.54) необхідно підставляти абсолютні значення чисельних величин, так як знаки моментів і швидкостей вже враховані при виведенні рівнянь. Аналогічним чином розраховуються перехідні процеси при розгоні двигуна в зворотному напрямку (спуск вантажу). При цьому постійні часу на відповідних характеристиках при підйомі та спуску вантажу будуть рівні. Початкові до кінцеві значення змінних визначаються за відповідною характеристикою. Так, наприклад, при розгоні двигуна в зворотному напрямку маємо:

, (2.56)

Час розгону (спуску вантажу) на відповідній ступені при активному моменті опору знаходиться з виразу:

Для кожного ступеня визначається час розгону і, задаючись кількома значеннями t в межах від нуля до , розраховують криві перехідного процесу. Результати розрахунку зводяться до таблиці 2.2. Зразковий вид кривих перехідного процесу показаний в додатку А. За проведеною методикою необхідно розрахувати перехідні процеси для інших ; пуск двигуна при ; гальмування противмиканням при підйомі і силовий спуск вантажу при гальмування противмиканням при силовому спуску вантажу.

Електромеханічна постійна часу при визначається як:

Залежність M= є навантажувальної діаграмою двигуна. Час встановленого руху, наприклад та визначається як:



де час перехідного процесу при спуску і гальмуванні.

2.5.2 Розрахунок перехідних процесів асинхронного двигуна без урахування пружних механічних зв'язків

Так як механічна характеристика асинхронного двигуна є нелінійної функцією швидкості, то розрахунок перехідних процесів проводиться графо-аналітичним способом. Розрахунок зводиться до наближеного інтегрування рівняння руху:

В якому диференціали змінних замінені їх приростами. При цьому рівняння руху, дозволене щодо часу, має вигляд:

Для використання рівняння (2.60) механічна характеристика двигуна розбивається на ряд інтервалів, на яких момент двигуна приймається постійним. Для кожного i-го інтервалу швидкості i визначається середнє значення динамічного моменту, а потім по (2.60) розраховують . Для зручності обчислень складають таблицю 2.3. Поточне значення швидкості визначають як суму приросту і значення змінної на попередній ділянці [5].

Розрахунок перехідних процесів для інших режимів проводиться аналогічним способом. При цьому необхідно лише враховувати, що момент динамічний є алгебраїчною сумою моментів двигуна і опору з урахуванням їх знаків.

Таблиця 2.3 - Розрахунок перехідних процесів асинхронного двигуна

0	1561,1	1191,67	4,258	4,258
10	1769,44	1402,78	2,264	8,523
20	2030,56	1666,67	4,268	12,731
30	2267,7	1894,44	4,271	17,602
40	2297,2	1922,22	4,276	21,338
50	1777,78	1405,56	4,291	25,629

2.6 Перевірка двигуна по нагріванню

Побудована залежність M = є навантажувальною діаграмою двигуна. Використовуючи цю діаграму, можна визначити еквівалентний момент двигуна і зробити перевірку обраного двигуна по нагріванню. Для обчислення еквівалентного значення моменту дійсну криву моменту замінюють ламаною лінією, що проходить досить близько до дійсної кривої. Для кожної трапецеїдальної ділянки обчислюють еквівалентне значення моменту за формулою:

(2.63)

де -момент на початку i-ї ділянки;

- момент в кінці i-ї ділянки.

На горизонтальних ділянках , де значення моменту на даній ділянці [4].

З метою спрощення розрахунків навантажувальна діаграма двигуна замінюється спрощеною, для якої еквівалентні моменти визначаються таким чином:

(2.64)

( 2.65)

Еквівалентний момент двигуна:

= 673,16 При правильному вибраному двигуні його номінальний момент при стандартному ТВ_н повинен бути рівний або більше розрахункового еквівалентного моменту, тобто:



2.7 Вибір та описання релейно-контактної схеми керування електроприводом

Релейно-контактна апаратура, як правило реалізує розімкнену схему керування двигуном [6]. В цих схемах не будуються зворотні зв'язки по координатам чи технічним параметрам, які приводяться в рух робочої машини чи виробничого механізму. Ці схеми відрізняються простотою своєї реалізації та широко використовуються в електроприводах, де не вимагається висока якість керування електроприводом в вчасності для виконання таких функцій, як пуск, реверс та гальмування.

Для виконання РКС керування вибирається типова схема пуску двигуна з гальмуванням противмиканням.

Запуск двигунів в умовних напрямках “Вперед” та “Назад” здійснюється натисканням відповідно перемиканням командоконтролера SA1, що приводять до спрацювання контакторів КМ1, КМ2 та КМ3 і підключенню двигуна до мережі.

Для запуску схеми необхідно увімкнути рубильник Q1 та Q2.

Після чого обрати напрямок руху електроприводу за допомогою перемикача SA1.

При цьому отримують живлення котушки контактора КМ1, КМ2 або КМ3. Котушка КМ2 та КМ3 у залежності від вибору напрямку руху підключають якір двигуна до джерела живлення з різною полярністю. Разом з обмоткою збудження та обмоткою якорю отримує живлення котушка електромагніту YB та розторможує електропривод. На початку пуску струм протікає через усі додаткові опори, що обмежують його значення на заданому рівні.

Рисунок 2.6 - Схема включення двигуна постійного струму



При цьому протікання струму по додаткових опорах спричиняє на них падіння напруги за рахунок якого живиться реле часу КТ1 - КТ3. При цьому їх контакти у колах котушок КМ5 - КМ7 розімкнуться. Якщо перевели перемикач у положення 4 «назад» або «вперед» отримує живлення контактор КМ4 який зашунтує опір R1 що спричинить відключення котушки реле часу КT1. Через витримку часу замикається контакт КТ1 у коло котушки КМ5, що спричинить вихід двигуна на наступну характеристику і так до виходу на природну характеристику.

Для гальмування необхідно перевести перемикач у протилежну сторону у положення 2,3 або 4 при цьому зміниться полярність живлячої напруги та на повному опорі додаткових резисторів здійсниться зупинка електродвигуна. Після зупинки перевести перемикач у положення «0» для запобігання реверсу.



Висновки

У ході виконання курсового проекту були виконані усі необхідні розрахунки. Проведений вибір двигунів та перевірка їх на перевантажувальну здатність. Також здійснення вибір системи керування електродвигуном на базі напівпровідникових керуючих засобів, що дозволять більш ефективно використовувати електричну енергію та здійснення більш досконале керування координатами електроприводу. Складена реверсивна релейно-контакторна схема керування електродвигуном постійного струму. Вибір додаткових опорів і складання схеми їх з'єднання.

Результати курсового проекту стала розрахунково-пояснювальна записка та графічна частина, яка складається з шести креслень на А4. На першому з креслень представлена навантажувальна діаграма механізму, на другому представлена механічна характеристика двигуна постійного струму, на третьому представлена механічна характеристика асинхронного двигуна, на четвертому представлені перехідні процеси двигуна постійного струму, на п'ятому представлені перехідні процеси асинхронного двигуна, на шостому представлена діаграма швидкості та спрощена навантажувальна діаграма двигуна постійного струму.

Вважаю, що мета курсового проекту цілком виконана. Методика розрахунку електродвигуна може бути використана при виконанні дипломного проекту.



Перелік посилань

1. Кошкіна О. Ф., Козлов Г. О., Столбченко I. О., Швайка Н. В., СОУ

НТ НМетАУ: Методичнi рекомендацiї / О. Ф. Кошкiна та iн. - Нiкополь: НТ НМетАУ, 2017. - 31 с.

2. Осташко М. В., Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Електрообладнання промислових підприємств та цивільних споруд» / М. В. Осташко - Нікополь: НТ НМетАУ, 2019. - 32 с.

3. Довідник з курсу електричних апаратів [Електронний ресурс]. URL: https://forca.com.ua/knigi/obladnannya/elektricheskie-apparaty.html

4. Склад, структура електроремонтного цеху і його обладнання URL: https://forca.com.ua/knigi/obladnannya/organizaciya-i-planirovanie-remonta-elektrooborudovaniya_3.html

5. Фотієв М.М. «Електрообладнання підприємств чорної металургії» 6 підручник, М: Металургія / М.М Фотієв 1983, 288с.

6. Електромеханічне та електронне обладнання підприємств URL: https://www.studmed.ru/shehovcov-vp-elektricheskoe-i-elektromehanicheskoe-oborudovanie_6cbdd6cb54f.html



Додаток А

Механічна характеристика АСД

Механічна характеристика ДПТ



Перехідні процеси ДПТ (швидкості)

Перехідні процеси ДПТ (моменти)

Перехідні процеси АСД

Навантажувальна діаграма (швидкості та моменти)

Розрахунок перехідних процессів ДПТ

Размещено на Allbest.ru

...