Выбор электродвигателя и проектирование электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Исходные данные

Таблица №1

Продолжительность включения, мин	Длина проводов, м	Материал силовых проводов
Дt1	Дt2	Дt3	Дt4	силовых	управления
3	7	3	7	28	30	медь

Примечание:

1. прокладка проводов - открытая, провода с двойной изоляцией;

2. напряжение цепи управления 220 В;

3. материал проводов управления - медь.

Таблица №2

Наименование рабочей машины и её характеристики
Теплообменная система вентиляции животноводческих помещений. Количество голов КРС n = 300 шт; норма воздухообмена в холодный период на 1 центнер живого веса Q = 8 м3/ч; живая масса единицы КРС mк = 600 кг; скорость движения воздуха V = 5 м/с; потери напора в воздуховодах (статическое давление) Рс = 40 Па; оптимальная температура в помещении Т = 10,6°С; КПД вентилятора звен = 0,6; вентилятор - осевой; сечение воздуховода S = L / (V·3600), м2, где L - часовой воздухообмен, м3/ч; Л.1,с. 155-169.

Таблица №3

Наименование рабочей машины

Мощность раб. машины для периодов

Статический момент раб. машины для n:

зПЕР

nрм. Н, об/мин

UП, В

UФ, В

UН, В

?t1 (Р1)

?t2 (Р2)

?t3 (Р3)

?t4 (Р4)

n=0

n=0,1nH

n=0,5nH

n = nH

МС. МАХ при n= nК

Вен. животн. помещений

Рн

Рн

Рн

Рн

0,82Мн

0,42Мн

0,65Мн

Мн

1,8Мн

0,98

1450

360

380

380

2. Выбор двигателя по нагреву

Мощность рабочей машины:

где Q - подача вентилятора, м3/ч; р - давление создаваемою вентилятором, Па; зп - КПД передачи; звен - КПД вентилятора.

Определение расчетного давления вентилятора:

р=рд+рс, Па

где рд - динамическая составляющая давления; рс - статическая составляющая давления.

,

где v - скорость воздуха;

- плотность воздуха:

где - плотность воздуха при 0 оС , = 1,29 кг/м3; - коэффициент, учитывающий относительное увеличение объема воздуха при нагревании его на один градус; -температура воздуха, С.

кг/м3

Па

Р=15,5+40=55,5 Па

Уравнение часового воздухообмена по удалению СО2.

L=1.2C/(C2-C1),

где 1,2 - коэффициент учитывающий выделение углекислоты микроорганизмами в подстилки; С - количество СО2 выделяемое животными, л/ч (138 л/ч); С1 - содержание СО2 в наружном воздухе, л/м3;

С2-допустимое содержание СО2 в воздухе внутри помещения, л/м3;

L= 1,2*41400/(2,5-0,3)=22581,8м3/ч

Уравнение воздухообмена по удалению излишней влаги.

L=1,1W1/(d2-d1),

где W1 - влага, выделяемая животными внутри помещения, г/ч; d1 - влагосодержание наружного воздуха, г/м3; d1= d1 нас ц1, d2 - допустимое влагосодержание воздуха внутри помещения, г/м3.

d2= d2 нас ц2,

где d2 нас - влагосодержание насыщенного воздуха внутри помещения при оптимальной температуре, г/м3; d1 нас - влагосодержание насыщенного воздуха снаружи при определенной температуре, г/м3; ц - относительная влажность воздуха.

d1=3,81*0,9=3,43, г/м3.

d2=9,2*0,8=7,36, г/м3.

, м3/ч.

Необходимо установить два вентилятора ВО 06-300№8 с техническими характеристикам: производительность 13900 м3/ч, полное давление 121 Па.

Исходя из технических данных, вычисляем мощность рабочей машины.

кВт

Режим работы электропривода продолжительный с постоянной нагрузкой, (S1).

Рис. 1

Определим мощность электродвигателя

Таблица №4

Тип	Рн, кВт	Iн, А	nН об/мин	cosцН	зН,%		мп	мmin	мк	IДВ, кг·м2	т, кг	Класс изоляции
4А100S2У3	4,0	7,8	2880	0,89	86,5	7,5	2,0	1,4	2,5	0,0059	36,0	В

Класс изоляции В.

4 - номер серии;

А - двигатель асинхронный;

100 - высота оси вращения;

S - установочный размер по длине станины;

2 - число полюсов;

У - умеренный климат;

З - тип помещения;

Рассчитываем постоянную времени нагрева для двигателя:

Т = 360·m·фу н/ ?Рн,

где m - масса электродвигателя (кг); фу н - установившееся превышение температуры электродвигателя при номинальной нагрузке; ?Рн - номинальные потери двигателя, идущие на нагрев (Вт),

где:

?Рн = Рн ·(1-зн)/ зн,

где зн - номинальный КПД двигателя;

фу н=(фпред-10С)- фос,

где фпред - предельно допустимая температура изоляции обмотки статора электродвигателя; фос - температура окружающей среды (принята фос = 40С).

фпред = 130?С; фос = 40?С;

фу н = (130-10)-40 = 80?С;

?Рн = 4000 • (1-0,865)/0,865 =624,28 Вт;

T = 360 • 36 • 80 /624,28 =27,7 мин.

Условия удовлетворяют требованиям для правильно подобранного электродвигателя Т=22-28

3. Проверка выбранного двигателя по механическим характеристикам

Определим передаточное число:



Определим номинальный момент рабочей машины:

Из таблицы №3 определяем, что:

при n=0; 0,82•Мн/iф = 7,02Н•м;

n=0,1•nH; 0,42•Мн/iф = 3,59 Н•м;

n=0,5•nH; 0,65 Мн/iф = 5,57 Н•м;

n = nH; Мн/iф = 8,57 Н•м;

n= nК; 1,8•Мн/iф =15,42 Н•м.

Для выбранного электродвигателя необходимо построить:

1. Естественную механическую характеристику.

2. Механическую характеристику по формуле Клосса.

3. Искусственную механическую характеристику при напряжении питающей сети UС = 0,95 • Uп.

4. Искусственную механическую характеристику при введении добавочного сопротивления в цепь ротора электродвигателя:

RД = PН.ДВ / 1000, Ом;

где РН.ДВ - номинальная мощность двигателя, Вт.

5. Искусственную механическую характеристику при изменении частоты тока питающей сети f = 60 Гц.

4. Построение механической характеристики выбранного электродвигателя по каталожным данным (по 5-ти точкам)

Определяем угловую скорость идеального холостого хода:

где f - частота колебаний электрического тока, Гц; P - число пар полюсов электродвигателя.

Определяем номинальную угловую скорость и номинальный момент электродвигателя:

Критическая угловая скорость и критический момент электродвигателя:

где:

где:

Определим минимальный момент и угловую скорость:

где Smin =0,85.

Определим пусковой момент:

5. Механическая характеристика по формуле Клосса

Определяем момент по формуле Клосса:

где S - скольжение, которое откладывается (S=0) от щ0 естественной механической характеристики двигателя. Его крайнее положение (S=1) соответствует щп = 0 той же характеристики двигателя.

Результаты расчетов момента по формуле Клосса сводим в таблицу №5

Таблица №5

S	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
M, Н•м	27,35	33,14	30,00	25,72	22,03	19,10	16,78	14,92	13,41	12,17

Искусственная механическая характеристика при напряжении питающей сети:

UC = 0,95 • Uп , В

где Uп - пониженное напряжение сети (Uп = 360 В);

UC = 360 • 0,95 = 342 В.

Определяем номинальный момент при сниженном напряжении по формуле:

где UH - номинальное напряжение сети (UH = 380 В), В.

Определяем критический момент при сниженном напряжении по формуле:



Определяем минимальный момент при сниженном напряжении по формуле:

Определяем пусковой момент при сниженном напряжении по формуле:

Искусственная механическая характеристика при введении добавочного сопротивления в цепь ротора электродвигателя:

RД = РН/1000, Ом

где РН - номинальная мощность электродвигателя, Вт.

RД = 4000/1000=4 Ом.

где r - основное сопротивление, Ом;

r =

6. Искусственная механическая характеристика при изменении частоты тока питающей сети (f=60Гц)

Определяем угловую скорость идеального холостого хода при сниженной частоте тока:

где f - частота колебаний электрического тока, Гц; P - число пар полюсов электродвигателя.

Определяем номинальную угловую скорость и номинальный момент электродвигателя при данной частоте тока:



Критическая угловая скорость и критический момент электродвигателя при сниженной частоте тока:

где:

где:

Определим минимальный момент и угловую скорость:

где S`min =0,85.

Определим пусковой момент:

По полученным расчетным характеристикам строим соответствующие графики электродвигателя.

7. Проверка возможности пуска при номинальном напряжении

Условие надежного пуска:

где - момент сопротивления рабочей машины при трогании ее с места.

Электродвигатель способен преодолеть максимальный момент сопротивления, если соблюдается условие:

Проверка возможности пуска при снижении напряжения в сети:

где М П - пусковой момент при снижении напряжения; - сниженное напряжение при пуске; - номинальное напряжение.

Условие надежного пуска при сниженном напряжении:

Проверка возможности преодоления максимального момента сопротивления при сниженном напряжении сети:

где - критический момент при фактическом снижении напряжения сети; факт-фактически сниженное напряжение сети, замеренное после разгона электродвигателя; - номинальное напряжение сети.

Условие надежного пуска:

По типовым характеристикам или по расчетным данным строим механическую характеристику рабочей машины приведем ее к частоте вращения выбранного электродвигателя.

Рис. 2

8. Проверка выбранного двигателя по динамическим характеристикам

Приведенный момент инерции электропривода:

Jприв.=Jдв.+Jпер.+JР.М. , кг•м2;

где Jдв. - приведенный момент инерции электродвигателя; Jпер. - приведенный момент инерции передачи (Jпер = (0,5…1) Jдв.); JР.М. - приведенный момент инерции рабочей машины (JР.М. = (1,2…3,5) JДВ).

Jдв.=0,0036 кг•м2;

Jпер. = (0,5…1) Jдв. =0,75•0,0036=0,0027 кг•м2;

JР.М. = (1,2…3,5) Jдв.=2,35•0,0036=0,0085кг•м2;

Jприв.=Jдв.+Jпер.+JР.М. =0,0036+0,0027+0,0085=0,0148 кг•м2.

Аналитически определим динамический момент электропривода для точек 2, 3, 4 и 5 механической характеристики М = f (щ) при соответствующих угловых скоростях: щН, щК, щMIN, щ=0.

Для точки 2: МДИН2 = МН ДВ - МРМ, при щН.

Для точки 3: МДИН3 = МК ДВ - МРМ , при щК.

Для точки 4: МДИН4 = ММIN ДВ - МРМ , при щMIN.

Для точки 5: МДИН5 = МП ДВ - МРМ , при щ=0.

Для точки 2: МДИН2 = МН ДВ - МРМ = 13,27-8,57 =4,7 Н•м;

Для точки 3: МДИН3 = МК ДВ - МРМ =33,18-15,42 = 17,76 Н•м;

Для точки 4: МДИН4 = ММIN ДВ - МРМ =18,58 -3,59 =14,99 Н•м;

Для точки 5: МДИН5 = МП ДВ - МРМ =26,54-7,02=19,52 Н•м.

Продолжительность пуска.

Условия правильно выбранного электродвигателя:

?tПУСК ? 5…7 с

?tПУСК = ?t2 + ?t3 + ?t4 + ?t5 , с ;

где:

?t5 = 0;

?tПУСК = ?t2 + ?t3 + ?t4 + ?t5 = 0,95 +0,21 + 0,05 + 0 =1,21 с.

Условие правильно выбранного электродвигателя: ?tПУСК ?5…7 с.

Рис. 3

9. Выбор схемы аппаратуры управления и защиты проводов

Номинальный ток автоматического выключателя выбирается из условия:

IH.AB ? IH.ДВ.,

где:

IH.ДВ. =

где: UЛ - линейное напряжение в сети, В; Сosцн - номинальный коэффициент мощности двигателя; зн - номинальный КПД двигателя;

Номинальный ток электромагнитного расцепителя автоматического выключателя:

IН.ЭМ.расц = 1,3•IП.ДВ.,

где IП.ДВ. - пусковой ток двигателя (IП.ДВ. = (5-7)•IH.ДВ.), А.

IП.ДВ. = 6•IH.ДВ. = 6•7,8 = 46,8 А;

IН.ЭМ.расц = 1,3•IП.ДВ. = 1,3•46,8 = 60,84 А.

Номинальный ток уставки теплового расцепителя:

IН Т РАСЦ=(0,63...1.0)IН.ДВ.= (0,63...1.0) •7,8=4,9….7,8А.

Номинальное напряжение выключателя:

UН.ДВ. ? UСЕТИ

Выбираем автомат с электромагнитным расцепителем АП50Б - МТ.ДУ3 - 2.

АП50Б - серия выключателя;

МТ - обозначение расцепителей;

Д - обозначение дополнительных расцепителей: независимый (110, 127, 220, 230, 240, 380, 400, 415, 440В частоты 50-60Гц);

У3 - климатическое исполнение и категория размещения;

2- Обозначение номинального тока главных цепей выключателя: (6,3; 10; 16А);

Принимаем: IН.Т.РАСЦ=10А IН.ЭМ.расц=100А

Тепловое реле.

Тепловое реле выбирается по току нагревательного элемента из условия:

IН.ДВ ? IН.Э ? 1,25 IН.ДВ,

где I.Н.ДВ - номинальный ток электродвигателя; IН.Э - ток нагревательного элемента.

Номинальное напряжение теплового реле:

UН. АВ ? UСЕТИ.

IН.ДВ ? IН.Э ? 1,25 IН.ДВ

7,8 ?8,5? 9,75

Выбираем тепловое реле типа РТЛ-101404. (IНЭ=7...10 А)

Магнитный пускатель.

Выбор магнитного пускателя производится по току нагрузки IН.МП ? I.Н.ДВ, номинальное напряжение магнитного пускателя UН. МП ? UСЕТИ. В зависимости от тока нагрузки определяют величину магнитного пускателя и тип. От условий эксплуатации и схемы работы, выбирают его исполнение.

Выбираем магнитный пускатель ПМ12-010,13

где ПМ12 - серия магнитного пускателя; 010 - условное обозначение номинального тока, I=10А; 1 - исполнение по назначению и наличию теплового реле (без реле и нереверсивные); 3 - исполнение по степени защиты и наличию кнопок ( ІР54 с кнопками "Пуск" и "Стоп" и сигнальной лампой).

Плавкий предохранитель.

Выбор предохранителя производится по току плавкой вставки.

Для защиты асинхронных двигателей с фазным ротором с учетом пускового тока, плавкую вставку следует выбирать с таким расчетом, чтобы можно было осуществить пуск двигателя без её срабатывания:

.

Iу= Iкм+2 IHL1,2.

IHL1= IHL2=РHL / Uc.

IHL1= IHL2=40/220=0,18А.

Iу=0,1+2 ? 0,18=0,46А.

UП.ВСТ ? UСЕТИ.

Выбираем тип плавкого предохранителя НПН15; IПВС= 0,6А; IНПР=15А;

Расчет и выбор силовых проводов и управления.

Материал провода и сечение жилы выбирается по условиям нагрева.

Сечение проводов можно определить по формуле:

, мм

где РН - мощность нагрузки, Вт; l - длина провода, м; г - удельная проводимость, м/Ом мм2; U - номинальное напряжение сети, В; ?U - допустимые потери напряжения в сети, не более 5 %.

,%; - для трехфазной сети;

,%; - для однофазной сети;

где I - ток потребителя, А; l - длина силового провода или управления, м; г - удельная проводимость проводника (для меди г = 48 м/Ом мм2; для алюминия г = 24 м/Ом мм2); S - сечение провода, мм2.

Для силовых:

принимаем 0,75 мм2;

Для управления:

принимаем 0,5мм2;

Сечение проводов выбрано правильно, если ?U ? 7,5 %.

Выбираем тип проводов:

силового - АПВГВ-3x0,75;

П - провод;

В - материал изоляции (поливинилхлорид);

Г - назначение провода (гибкий);

В- дополнительные признаки (поливинилхлоридная оболочка),

3x0,75- количество жил и сечения мм2.

Управления - ПВОГВ-2x0,5.

П - провод;

В - материал изоляции (поливинилхлорид);

ОГ - назначение провода (особо гибкий);

2x0,5- количество жил и сечения мм2.

Тип помещения и климатические условия работы

Назначение, тип помещения и установок: пункты послеуборочной обработки зерна.

Характеристика помещения по условиям окружающей среды: пыльные.

Вид климатического исполнения: У3.

Исполнение по степени защиты для пускозащитной аппаратуры и оболочек низковольтных устройств: защищенное в оболочке со степенью защиты не менее IP 54.

По способу монтажа электродвигатель со следующим конструктивным исполнением:

IM1001- на лапах с одним концом вала.

Таблица №6 - спецификация по электрической схеме

№ п/п	Условное обозначение	Наименование оборудования, тип	Краткая техническая характеристика	Кол-во	Примечание
1	М	Эл. двигатель марки 4А100S2У3	Pн=4кВт, Iн=7,8А, зн=0,865, nн=2880мин-1, cosцн=0,89	1
2	QF	Автоматический выключатель марки АП50Б -МТ.ДУ3 - 2	IН.Т.РАСЦ=10А IН.ЭМ.расц=100А, UH = 380 B.	1
3	КК	Тепловое реле марки РТЛ-101404	IН.Э=7..10.А.	1
4	FU	Предохранитель марки НПН15	IПВС= 0,6А; IНПР=15А	1
5	КМ	Магнитный пускатель марки ПМ12-010,13	Iн.мп. = 10 А.	1
6		Провода: силовой ПВГВ-3x0,75 управления - ПВОГВ-2x0,5	S = 0,75 мм2; Imax = 15 А. S = 0,5 мм2; Imax = 11 А.	1 1

Рис. 4

10. Меры безопасности в электрических установках

Лица, ответственные за состояние вентиляционных систем, обязаны:

- обеспечивать организацию и своевременное проведение профилактических осмотров и планово - предупредительных ремонтов электрооборудования, аппаратуры и электросетей, а также своевременное устранение нарушений «Правил устройства электроустановок». Правил эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, могущих привести к пожарам и загораниям;

- следить за правильностью выбора и применения кабелей, электропроводов, двигателей и другого электрооборудования в зависимости от помещений и условий окружающей среды;

- систематически контролировать состояние аппаратов защиты от коротких замыканий, перегрузок, внутренних и атмосферных перенапряжений, а также других ненормальных режимов работы;

- следить за исправностью специальных установок и средств, предназначенных для ликвидации загораний и пожаров в электроустановках и кабельных помещениях;

- организовать систему обучения и инструктажа всего персонала по вопросу электробезопасности при эксплуатации электроустановок;

- участвовать в расследовании случаев пожаров и загораний от электроустановок, разрабатывать и осуществлять меры по их предупреждению.

Электрик обязан производить плановые профилактические осмотры электрооборудования вентиляционных систем, проверять наличие и исправность защиты и принимать меры к устранению нарушений. Результаты осмотров электроустановок, обнаруженные неисправности и принятые меры фиксируются в оперативном журнале.

В местах, где возможно образование статистического электричества, должны быть предусмотрены заземляющие устройства.

Аварийное освещение следует предусматривать, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение нормального обслуживания оборудования и механизмов может вызвать взрыв или пожар.

Неисправности в электросетях и электроаппаратуре, которые могут вызвать искрение, короткое замыкание, сверхдопустимый нагрев изоляции кабелей и проводов, должны немедленно устраняться дежурным персоналом; неисправную электросеть следует отключить до проведения ее в безопасное состояние.

расчетный механический электродвигатель

Литература

Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок / И.Ф. Кудрявцев и др.; - М.: Агропромиздат, 1988.

Механизация и автоматизация животноводческих ферм - Л.: Колос, 1978.

Фоменков А.П. Электропривод сельскохозяйственных машин, агрегатов, поточных линий. - М.: Колос, 1984.

Методические указания по расчетно-графической работе для студентов очного отделения специальности 311300 и 311900 «Выбор электродвигателя и проектирование электропривода» / Илимбетов Р.Ю., Копылов А.Г.-Пермь: ПГСХА, 2005.

Размещено на Allbest.ru

...