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

48 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

69416. Структура типового вікна Windows ®. Вікна діалогу 198.81 KB
  Головне меню. Ліворуч від імені знаходиться кнопка піктограма при натискуванні на яку відкривається системне меню управління вікном. Це меню використовують у випадку коли користувач бажає управляти вікном за допомогою клавіатури. При роботі з мишею це меню звичайно не використовують.
69417. Робота з довідкою в Windows 92.51 KB
  Пошук довідкової інформації за змістом і предметному вказівнику. Результатом пошуку є назви розділів довідкової системи що містять вказані слова. Ввід додаткової довідкової інформації у вигляді коментарів.
69418. Алгоритм і його властивості. Схеми алгоритмів 20.57 KB
  Термін алгоритм виник задовго до появи комп’ютерів і походить від імені давнього філософа й математика з Хорезму що жив у IX ст. Саме він у своїх трактатах описав правила алгоритми додавання віднімання множення та ділення багатозначних чисел якими користуємося сьогодні.
69419. Графічне подання різних видів обчислювальних процесів 21.85 KB
  Схематично лінійний алгоритм зображується так: Початок b c у = а bс y Кінець Початок b c у = а bс y Кінець Введення значень b c Обчислення значень у Друкування значення у Розгалужений алгоритм описує процес обчислення такого виразу: Схематично розгалужений алгоритм...
69420. Шпальта: введення та редагування тексту. Вікно діалогу “Колонки” 147.35 KB
  Word дає змогу створювати документи двома способами: або з допомогою шаблону Обычный (Normal.dot), або з допомогою шаблону, який укаже користувач. На початковій стадії оволодіння технологією роботи з Word користувач, звичайно, створює документи, які задовольняє шаблон...
69421. Вставка в текст спеціальних символів. Створення і вставка автотексту. Вставка в документ Word діаграм 49.84 KB
  Для вставлення тих символів, аналогів яких нема на клавіатурі потрібно вибрати пункт меню Вставка, Символ. У таблиці символів вибираємо потрібний символ і натискаємо Вставить. Над таблицею символів розташована таблиця шрифтів.
69422. Друк документів в Word. Стилі документів 99.29 KB
  Для отримання твердої копії можна скористатись кнопкою піктографічного меню яка забезпечує швидкий спосіб друкування але має суттєвий недолік друкується увесь документ або виконати команду File Файл Print Печать.
69423. Робота з об’єктами в текстовому редакторі Word. Форматування об’єктів 113.32 KB
  У Word передбачені опції для форматування різноманітних елементів документа символів абзаців сторінок і розділів. При форматуванні символа будьякі типи форматування будуть застосовуватися до всіх символів виділеної частини тексту чи до всіх символів що будуть введені після...
69424. Сортування і фільтрація даних в Excel 181.22 KB
  Сортування може відбуватися за двома напрямками: за збільшенням значення ключової ознаки; за зменшенням значення ключової ознаки. Сортування даних по одній графі Наприклад необхідно впорядкувати список студентів за алфавітом.