39879

Проверка двигателя на перегрузочную способность и нагрев

Курсовая

Производство и промышленные технологии

В задании предполагается, что после отключения двигатель охлаждается до температуры окружающей среды. Время работы не превышает 90 мин, за которое двигатель не достигнет установившейся температуры. Следовательно, в задании имеет место кратковременный режим работы электродвигателя S2.

Русский

2014-12-26

483.5 KB

37 чел.

СОДЕРЖАНИЕ

Данные по варианту  3

1 Предварительный выбор электродвигателя 4

2. Проверка предварительно выбранного электродвигателя 5

2.1 На перегрузочную способность  5

2.2 Проверка на нагрев методом средних потерь 6

2.3 Проверка на нагрев методом расчета температуры 7

2.4 Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя по пяти точкам…………………………………………………………………………... .9

Литература  17

Приложения 19


Данные по варианту

В первой части курсовой работы необходимо выбрать и проверить двигатель на перегрузочную способность и на нагрев. Исходные данные для проведения расчётов берутся из таблиц №1 по предпоследней цифре номера зачётной книжки из первого столбца вариантов и  по последней цифре номера зачётной книжки из второго столбца вариантов. Значение «0» в номере зачётной книжки соответствует номеру варианта «10».

Таблица №1 – Исходные данные

№ варианта

(предпоследняя цифра номера зачётной книжки)

Нагрузка на валу электродвигателя по периодам работы, кВт

№ варианта

(последняя цифра номера зачётной книжки)

Продолжительность

работы по периодам, мин

Р1

Р2

Р3

Р4

t1

t2

t3

t4

8

12

10

5

10

3

10

8

12

9


1. Предварительный выбор электродвигателя

По исходным данным строим нагрузочную диаграмму двигателя Р = f(t). 

Рис. 1 - Нагрузочная диаграмма рабочей машины

1 Эквивалентная мощность двигателя за время работы:

  ,                          (1)

В задании предполагается, что после отключения двигатель охлаждается до температуры окружающей среды. Время работы не превышает 90 мин, за которое двигатель не достигнет установившейся температуры. Следовательно, в задании имеет место кратковременный режим работы электродвигателя S2.

Расчетная мощность электродвигателя:

,                                     (2)

где Км – коэффициент механической перегрузки двигателя, определяемый

,                                (3)

где α =0,6 – коэффициент, равный отношению постоянных потерь мощности двигателя к переменным;

tр = t1 + t2 + t3 + t4=39– время работы двигателя, мин;

Тн – постоянная времени нагрева двигателя, мин. На предварительном этапе расчётов принять Тн = 20 мин.

Обратите внимание, что бы tр и Тн имели одну и ту же единицу измерения (мин., с и т.д), а КМ ≥ 1.

Выбираем электродвигатель из условия Р2ном ≥ Ррасч и синхронной скоростью n0 = 1500 об/мин (приложение 1)

Р2ном

n0

ηН

cosφН

mП

mМ

mК

SН

SК

kiДВ

JДВ

m

кВт

об/мин

%

-

-

-

-

%

%

-

кг∙м2

кг

11

1000

0,86

0,86

1,5

1,3

2,5

2,5

0,022

-

0,14

90

Выписываем технические данные электродвигателя в таблицу 1.

Таблица 1 – технические данные электродвигателя.

2  Проверка предварительно выбранного электродвигателя

2.1  На перегрузочную способность:

Номинальный момент двигателя:

,                             (4)

где ω0 = 2πn0/60 – синхронная угловая скорость электродвигателя, рад/с.

Критический момент:

,                                                    (5)

Максимальный рабочий момент:

,                 (6)

Проверка на перегрузочную способность:

,    

                                         (7)

где ΔU = 10 %, в расчётах ΔU = 0,1.

Условие перегрузки выполняется, приступаем к проверке на нагрев.

2.2  Проверка на нагрев методом средних потерь.

Температура нагрева двигателя не превышает допустимую величину при условии:

,            (8)

где ΔРНОМ = Р2НОМ (1-ηНОМ)/ ηНОМ =11000(1-0,86)/0,86=2200, ΔРСР – номинальные и средние потери

электродвигателя, Вт.

Коэффициент тепловой перегрузки КТ определяется по формуле:

,            (9)

где Тн – постоянная времени нагрева проверяемого двигателя, мин;

,                    (10)

где m – масса двигателя, кг; τдоп – предельно–допустимое превышение температуры нагрева обмоток двигателя, С. Для двигателей с высотой оси вращения 50…132 мм применяется класс В (τдоп=80С), 160…355 мм – класс Fдоп=100С). Высота оси вращения указывается в типоразмере двигателя. Например, 4А100S4У3 имеет высоту оси 100 мм.

Определим потери мощности двигателя на каждом периоде нагрузки:

                                                     (11)

Значение Рi берутся из нагрузочной диаграммы (Р1 – Р4). Коэффициент полезного действия ηi при любой нагрузке определяется:

                                                     (12)

где хi показатель загрузки двигателя на i-ом интервале нагрузочной диаграммы.

                                                         (13)

Расчёт упрощается, если воспользоваться данными и построить график изменения КПД двигателя от нагрузки на валу (см. приложение). В этом случае по оси ординат откладывается показатель хi.

Величина средних потерь в двигателе за время работы:

,               (14)

Если выполняется условие (9), то при заданной нагрузке температура двигателя не превысит допустимую величину. Если же это условие не выполняется нужно выбрать двигатель на одну ступень выше и повторить проверку на нагрев.

2.3  Проверка на нагрев методом расчета температуры

В расчётах температуры нагрева двигателя τ определяют не действительное её значение, а превышение над температурой окружающей среды.

Значение температуры превышения τ в любой момент времени определяется по выражению:

,                                     (15)

где τустiустановившееся значение температуры превышения на участке диаграммы, град.

Установившееся значение температуры превышения на каждом интервале нагрузки:

.                        (16)

Теплоотдача А, Вт/град:

,                                                   (17)

Начальное значение температуры превышения принимается равным 0, а далее конечное значение температуры превышения на первом интервале равное начальному на втором и т.д.

Расчет температуры превышения на первом участке (0…t1) через t1/2 и t1 минут:

,           (18)

,           (19)

На втором участке: τ2нач= τ1кон

,         (20)

,         (21)

На третьем и четвёртом участке расчёт производится аналогично.

Кривая охлаждения двигателя:

,         (22)

где Т0 – постоянная времени охлаждения двигателя, мин;

τнач – начальная температура охлаждения двигателя после его отключения, принимается равной τ4кон, С. Т0=2∙ Тн.

Принимаем t= Т0, 2Т0, 3Т0, 4Т0, 5Т0.

Результаты расчетов сводим в таблицу № 2 и 3.

Таблица №2 – Данные расчетов нагрева двигателя

Нагрев

Р1

Р2

Р3

Р4

Расчетная

точка

0

0,5t1

t1

0,5t2

t2

0,5t3

t3

0,5t4

t4

Время, мин

0

5

10

14

18

24

30

34,5

39

Темп-ра, С

0

17,9

33,6

40,2

53,5

52,2

51,6

59,9

46

Таблица №3 – Данные расчетов охлаждения двигателя

Расчетная

точка

0

Т0

0

0

0

0

Время, мин

0

60

120

180

240

300

Темп-ра, С

64

25,6

6,4

3,2

1,2

0,4

По результатам расчета нагрева и охлаждения двигателя строим график (см. приложение).

Анализирую график, делаем вывод о превышении или не превышении электродвигателем допустимой величины температуры в процессе работы и, как правило, о прохождении двигателя по нагреву или нет.


2.4
Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя по пяти точкам

Каждая точка механической характеристики имеет две координаты: угловая скорость ω и момент, развиваемый электродвигателем, М.

Точка 1: координаты - ωо, М0=0.

,                                   (23)

где ωо – угловая синхронная скорость, рад/с;

n0 – синхронная скорость, об/мин (таблица №2).

Точка 2: координаты – ωН, МН.

,                                (24)

     ,                                         (25)

где ωН – угловая номинальная скорость, рад/с;

SН = (n0n)/n0 = (3000-2937)/3000 =0,02 – номинальное скольжение;

МН – номинальный момент, Н∙м;

РН – номинальная мощность двигателя, Вт (таблица №2).

Точка 3: координаты – ωК, МК.

,                                                      (26)

,  

 (27)

где ωК – угловая скорость, соответствующая критическому моменту, рад/с;

критическое скольжение;

МК – критический момент, Н∙м;

mК – кратность критического момента (таблица №2).

Точка 4: координаты – ωМ, ММ.

,                                            (28)

,                              (29)

где ωМ - угловая скорость, соответствующая минимальному моменту, рад/с;

SМ – минимальное скольжение, SМ =0,85…0,87;

ММ – минимальный момент, Н∙м;

mМ – кратность минимального момента (таблица №2).

Точка 5: координаты – ωП=0, МП.

,                                         (30)

где МП – пусковой момент, Н∙м;

mП – кратность пускового момента (таблица №2).

Результаты расчета точек сводим в таблицу №3.

Расчет механической характеристики по формуле Клосса

Формула Клосса имеет следующий вид:

,           (31)

Принимаем ε = Sк.

Задаемся Si: 0, SН, 0,8SК, SК, 1,2SК, 0,6, 0,7, SМ, 1.

Значения критического скольжения SК и момента МК принимаем из предыдущих расчётов механической характеристики.

Подставляем в формулу (9) значения Si из вышеприведённого ряда значений, рассчитываем значения моментов Мi и сводим результаты в таблицу №3.

Расчет электромеханической характеристики

Точка 1: имеет координаты – ω0, I0.

,      (32)

,      (33)

,        (34)

где Iо – ток на холостом ходу, А;

IН – номинальный ток, А;

UН = 380 – номинальное напряжение, В;

ηН – КПД при номинальной скорости (таблица №2);

cosφН – коэффициент мощности при номинальной скорости (таблица №2).

Значение скоростей ω0, ωН, ωК берём из предыдущих расчётов механической характеристики электродвигателя по пяти точкам.

Точка 2: имеет координаты – ωН, IН (формула 11).

Точка 3: имеет координаты – ωК, IК.

,    (35)

,          (36)

где IП – пусковой ток, А;

IК –ток при критическом моменте, А;

iП – кратность пускового тока (таблица №2).

Точка 4: имеет координаты – ωП=0, IП (формула 14).

Данные расчетов сводим в таблицу №3.

Расчет механической характеристики при понижении напряжения на 25%

Как известно, снижение напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя приводит к снижению момента на валу. Данная зависимость отображается с помощью нижеприведённой формулы

,          (37)

где ΔU = 25 – падение напряжения на зажимах электродвигателя, %;

Мj – момент двигателя при номинальном напряжении, Н∙м;

Значения данного момента берутся из расчётов механической характеристики асинхронного двигателя и принимаются равными М0, МН, МК, ММ и МП.

Мu – момент двигателя при пониженном на ΔU напряжении, Н∙м.

Расчеты точек сводим в таблицу №3.

Расчет механической характеристики рабочей машины

Момент сопротивления рабочей машины, приводим к валу электродвигателя:

,     (38)

,                                              (39)

,                                               (40)

где ωрм.н – угловая номинальная скорость вала рабочей машины, рад/с;

nрм.н – номинальная скорость вала рабочей машины, об/мин (таблица №1).

Мрм.н - момент сопротивления рабочей машины  при номинальной частоте вращения, Н∙м (таблица №1);

Мрм.о - момент сопротивления рабочей машины,  не зависящий от скорости, Н∙м (таблица №1);

iр – передаточное отношение редуктора между двигателем и рабочей машиной;

ηпер – КПД передачи между двигателем и рабочей машиной (таблица №1);

х – степень уравнения (таблица №1).

ωj – угловая скорость электродвигателя, рассчитанная в пункте 1.1 и принимаемая равной ω0, ωН, ωК, ωМ и ωП.

Расчеты точек сводим в таблицу №3.

Таблица №3 – Расчетные данные к построению механической и электромеханической характеристик асинхронного двигателя

Расчётное скольжение

0

SН=

0,02

0,8SК=

0,064

SК=

0,08

1,2SК=

0,096

0,6

0,7

SМ=

0,86

1

скорость

ω

рад/с

314

308,7

-

283

-

-

-

44

0

пункт 1.1

М

Н∙м

0

60

-

132

-

-

-

60

84

пункт 1.2

Мi

Н∙м

0

53,8

129,1

132

132

45,4

39,8

32,6

28,2

пункт 1.3

I

А

7,1

35,4

-

174

-

-

-

-

248

пункт 1.4

МU

Н∙м

0

36

-

79,2

-

-

-

36

50,4

пункт 2

МС

Н∙м

19

19

-

17,2

-

-

-

1,3

1,1

В первую строку (расчётное скольжение) заносятся значения скольжений из пункта 1.2. Во вторую строку (скорость) заносятся значения скорости двигателя из пункта 1.1. Остальные строки заполнятся из соответствующего пункта расчётов. Ячейки с прочерком не заполняются.

По результатам расчетов, приведенных в таблице №3, далее построим заданные графики.

Построение пусковой нагрузочной диаграммы

3.1 Суммарный приведенный момент инерции:

, (41)

                ,           (42)

где GD2рм – маховой момент инерции рабочей машины, кг∙м2 (таблица №1);

k = 1,1 – коэффициент, учитывающий момент инерции  передачи от двигателя к рабочей машине;

Jд – момент инерции двигателя, кг∙м2 (таблица №2);

Jрм – момент инерции рабочей машины, кг∙м2.

По данным пунктов 1.1, 1.3 и 2 во втором квадранте системы координат, необходимо построить механическую М(ω) (далее МД(ω)) и электромеханическую I(ω) характеристики электродвигателя, механическую характеристику рабочей машины МC(ω) и определить установившуюся скорость ωу (точку пересечения механических характеристик электродвигателя и рабочей машины)(рис.1). Скорость ωу определяется на графике при равенстве моментов двигателя и рабочей машины, т.е. МД = МC .

Отрезок оси от 0 до ωу, необходимо разделить на 6...8 и более отрезков 0-1; 1-2; 2-3 и т.д. Через точки 1, 2, 3 и т.д. проводим прямые, параллельные оси моментов и времени. Для каждой скорости ω1, ω2, ω3 … по графикам МД(ω) и МC(ω) определить значения моментов двигателя МП, M11, М12... и значения моментов сопротивления МТР, М21, М22… и внести их в таблицу 4.

Рассчитать динамический момент системы МДИНi = МДi - МСi для каждого i значения скорости. Допустим для ω2: М42 = М12- М22. По данным расчетов построить график МДИНi(ω). Операция определения МДИН часто выполняется графическим способом. Так, на рисунке для каждого значения скорости, допустим ω3 замеряется отрезок 3-13, равный моменту двигателя М13 из него вычитается отрезок 3-23 момента МC = М23. Динамический момент на скорости ω3 равен М43. Отрезки 3-23 и 43-13 равны.

Таблица №4 – Результаты расчетов нагрузочных диаграмм при пуске двигателя и рабочей машины

Точка i

0

1

2

3

4

5

6

1

скорость ωi

рад/с

0

ω1

ω2

ω3

ω4

ω5

ω6

2

∆ ωi

рад/с

0

∆ ω1

∆ ω2

∆ ω3

∆ ω4

∆ ω5

∆ ω6

3

МДi

Нм

MП

п

М11

М12

М13

М14

М15

М16

4

МCi

Нм

МТР

тр

М21

М22

М23

М24

М25

М26

5

МДИН.i

Нм

МНО

но

М41

М42

М43

М44

М45

М46

6

МДИН.СР

Нм

0

М90

М91

М92

М93

М94

М95

7

ti

с

0

t1

t2

t3

t4

t5

t6

8

Ii

I

А

IП

п

I31

I32

I33

I34

I35

I36

9

ti

с

0

t1

t2

t3

t4

t5

t6

Обратите внимание. При определении динамического момента очень часто в расчеты могут не попасть MМ и МK, поэтому необходимо специально проверить и достроить динамические моменты при ωK и ωМ графическим способом.

Меняющийся динамический момент системы на каждом участке скорости заменяем постоянным - средним. Например, на участке 4-5 переменный динамически момент между точками 44 и 45 заменяем постоянным МДИН.СР4. Правило замены - косоугольная трапеция, образованная точками 4-44-45-5 заменяется равной ей по площади прямоугольной. Обычно площади этих четырехугольников не определяют, а сравнивают между собой площади отсекаемых треугольников или других сложных фигур (заштрихованных в данном случае). Если рассматриваемый участок близок к прямой линии, как например 42-43, то МДИН.СР = 0,5(М43+ М42). Результаты расчетов заносим в таблицу.

Некоторые пояснения к этой таблице. Значения приращения скорости во второй строке определяется как разность между двумя соседними участками скорости ωi и ωi-1. Например, если i = 2, то ∆ ω22 - ω1.

Ток Ii моменты МДi двигателя и МCi рабочей машины соответствуют скорости ωi и определяются из диаграммы. Например, для скорости ω2:

МД2 = М12, МС2 = М22, I2 = I32

Время изменения скорости двигателя на Δω:

                                                 (43)

Суммарный момент инерции JΣ  принимаем из пункта 3.

Суммарное время разгона электродвигателя определяем по формуле:

                                          (44)

В результате расчетов и заполнения таблицы получают все необходимые данные для построения нагрузочных диаграмм в первом квадранте. Кривая зависимостей скорости от времени ω(t) строится по данным 1 и 9 строчек, нагрузочные диаграммы двигателя МД(t) – по данным 3 и 9 строчек, I(t) – по данным 8 и 9 строчек, рабочей машины MС(t) – по данным 4 и 9 строчек.

Приведённая методика построения нагрузочных диаграмм очень формализована и в ней слабо отражены представления о физике процесса разгона, торможения двигателя. По мере накопления опыта построения подобных диаграмм, решение подобных задач упрощается. Все операции по определению МДi, МCi и МДИН.i обычно выполняются без таблиц сразу непосредственно на графике. Далее рассчитывают значение приращения времени  на первом участке изменения скорости от 0 до ω1. Полученное значение  откладывают от 0 на оси времени и проводят линию 0-51, которая есть ω(t) на участке от 0 - ω1,. Затем рассчитывают , откладывают это значение после  и проводят линию 51-52 и т.д. до ωy. Значения  и МДИН.СР берут непосредственно во втором квадранте.

По полученному графику ω(t) строят необходимые для дальнейших расчетов диаграммы. Порядок их построения аналогичный: например необходимо построить нагрузочную диаграмму двигателя M(t) в период пуска. Для построения необходимо иметь 6...7 точек. Построение одной из них, например МХ, показано на рисунке пунктиром и стрелками. Необходимо помнить, что значения МХ в первом и втором квадрантах одинаковы.

Замечания к порядку построения:

1.Если при построении нагрузочной характеристики пропустили характерную точку, как например, на рисунке критический момент МК не попал в расчеты, то необходимо достроить его, как это показано, пунктиром.

2.Величины МП, ММ, МК, МН, IП и IН в первом и втором квадрантах, должны быть равные и соответствовать одним и тем же скоростям.

3.Расчетное время пуска tП системы должно быть больше времени пуска двигателя на холостом ходу tПО.

4. Обратите внимание на то, чтобы в момент времени tП значения скорости, тока и моментов достигли установившихся значений (но не позднее и не раньше).

Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя

Потери энергии в двигателе при пуске на холостом ходу:

,       (45)

При торможении противовключениемотωо до 0 на холостом ходу:

,      (46)

Потери энергии при пуске с нагрузкой:

,                     (47)

где α = 0,6 – коэффициент, учитывающий способ пуска.  

Литература

  1.  Кондратенков Н.И., Грачёв Г.М., Антони В.И. Курсовое проектирование по электроприводу в сельском хозяйстве. Учебное пособие. – Челябинск: ЧГАУ, 2010, 236 с.
  2.  Епифанов А.П., Гущинский А.Г., Малайчук Л.М. Электропривод в сельском хозяйстве.- М.: Лань, 2010, 224 с.
  3.  Шичков Л.П. Электрический привод.- М.: Колос, 2006, 279 с.
  4.  Фролов Ю.М., Шелякин В.П. Основы электрического привода.- М.: Колос, 2007, 252 с.
  5.  Кацман М.М. Электрический привод.-М.: Издательский центр «Академия», 2010, 384 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77614. Изучение основных методов обеспечения безопасности процессов хранения АХОВ 1 MB
  Территория области – в различной степени волнистая равнина. Нижнее течение реки Дона делит ее на две части, приблизительно равные по площади, но очень различные по природным условиям. Особенно сложен рельеф север-ной половины, имеющий хорошо развитую гидрографическую сеть и овражно-балочную систему.
77615. ИССЛЕДОВАНИЕ СУЛЬФАТНОЙ КОРРОЗИИ ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАННЫХ ОБРАЗЦОВ МЕТОДОМ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА 6.37 MB
  В исследовательской работе рассматриваются тампонажные растворы на основе цементного вяжущего с применением компонентов кварцевого песка и добавки 10-тиводного сульфата натрия. Использование данного состава могло бы существенно отличатся от дорогостоящего сульфатостойкого цемента.
77618. Управление пассивными операциями коммерческого банка 385.09 KB
  Цель данной дипломной работы – раскрыть сущность управления пассивными операциями коммерческого банка. Для осуществления данной цели необходимо выполнить ряд задач. изучить теоретические основы формирования пассивных операций коммерческого банка...
77619. Оценка конкурентоспособности ООО «Инком-Арт» и разработка бенчмаркингового авант-проекта по повышению конкурентоспособности на мебельном рынке 1.45 MB
  Завоевать рынок, превзойти конкурентов, создать лучший продукт или услугу и получить прибыль хотят все организации. Можно решать подобные задачи самостоятельно, а можно воспользоваться опытом успешных организаций.
77620. Автоматизоване робоче місце диспетчера автогосподарства при УМВС України 863 KB
  Метою розробки є створення програмного продукту автоматизації робочого місця диспетчера гаража в автогосподарстві. Розроблений проект реалізує функції процесу обслуговування диспетчера в автогосподарстві. Програмний засіб забезпечує швидку та ефективну роботу працівників автогосподарства.
77621. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТОВАРНОЙ ПОЛИТИКИ СП «ФРОСТ И К» 1.25 MB
  В рамках развития рыночных отношений в Республике Беларусь, в период мощной экспансии европейских производителей перед предприятиями появился ряд вопросов, связанных с повышением рентабельности хозяйственной деятельности.