5786

Расчет механической частоты вращения электродвигателя

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Ведение Электрический привод (ЭП) представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию различных технологических и производственных процессов в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коммунальном хозяйстве и в быту с...

Русский

2012-12-21

748.5 KB

133 чел.

Ведение

Электрический привод (ЭП) представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию различных технологических и производственных процессов в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коммунальном хозяйстве и в быту с использованием механической энергии. Назначение ЭП состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управлении этим движением! Другими словами, ЭП, являясь энергетической основой реализации технологических и производственных процессов, во многом определяет их качество, энергетические и технико-экономические показатели.

Такое широкое применение ЭП объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими видами приводов: использование электрической энергии, распределение и преобразование которой в другие виды энергии, в том числе и в механическую, наиболее экономично; большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивного исполнения, что позволяет рационально соединять привод с исполнительным органом рабочей машины и использовать для работы в сложных условиях в воде, среде агрессивных жидкостей и газов, космическом пространстве; простота автоматизации технологических процессов; высокий КПД и экологическая чистота.

Основным элементом любого электропривода служит электрический двигатель, который вырабатывает механическую энергию (МЭ) за счет потребляемой электрической энергии, т.е. является электромеханическим преобразователем энергии. В некоторых режимах работы ЭП электродвигатель осуществляет и обратное преобразование энергии, получая механическую энергию от исполнительного органа рабочей машины.

От электродвигателя механическая энергия через передаточное устройство  (механическое, гидравлическое, электромагнитное) подается на исполнительный орган  рабочей машины, за счет чего тот совершает требуемое механическое движение. Функция передаточного устройства заключается в согласовании параметров движения электродвигателя и исполнительного органа. Прогрессивным направлением развития ЭП является использование непосредственного соединения электродвигателя с исполнительным органом, что позволяет повысить технико-экономические показатели работы комплекса.


Дано:

Электродвигатель приводит во вращение механизм с частотой вращения n0, моментом J и моментами сопротивления М1 – М4 приложенных в течение интервалов t1t4 .

n0,

об/мин

J,

кг.м

М1

М2

М3

М4

t1

t2

t3

t4

1000

27

12

46

7

16

18

15

7

9

1. Привести момент инерции и момент сопротивления нагрузки к валу приводного электродвигателя (принимая частоту вращения вала двигателя 1500 об/мин. КПД передачи ).

2. Определить мощность, развиваемую двигателем в каждый момент времени. Построить график изменения момента нагрузки на валу двигателя. Определить эквивалентный момент и эквивалентную мощность привода.

3. Выбрать электродвигатель.

4. Построить механическую и электромеханическую характеристики выбранного электродвигателя.

5. Используя электромеханическую характеристику определить ток, потребляемый двигателем в каждый момент времени, и эквивалентный ток двигателя.

6. Определить время разгона электропривода при моменте сопротивления М1 (принимая, что момент сопротивления не зависит от частоты вращения).


1 Приведение момента инерции и моментов сопротивления нагрузки к валу приводного электродвигателя

Кинематическая схема электропривода (без учёта податливости элементов и зазоров в узлах)  приведена  на рис. 1

Рис. 1 Кинематическая схема электропривода

Момент сопротивления механизма Мс, возникающий на валу рабочей машины РО передаётся на вал приводного электродвигателя как момент М’c по средством элементов трансмиссии с передаточным отношением i и коэффициентом полезного действия ηп.

Принцип приведения моментов инерции заключается в сохранении равенства мощностей на приводном валу рабочего органа и электрической машины:

                                              (1.1)

Откуда

                            (1.2)

где  - момент сопротивления от нагрузки;

       - частота вращения вала двигателя, =1500 об/мин;

       - частота вращения рабочего органа механизма, =1000 об/мин;

         - КПД передачи, по заданию =0,8

Момент инерции нагрузки приведенный к валу двигателя определится по формуле:

    ,                        (1.3)

где - момент инерции рабочего органа, =27


2 Определение мощности электродвигателя в каждый момент времени, эквивалентного момента и эквивалентной мощности.

Построение графика изменения мощности и момента нагрузки на валу двигателя

2.1 Определение мощности, развиваемой двигателем в каждый момент времени

По заданию имеется 4 временных промежутка с различными моментами сопротивления. Определим мощность двигателя в этих временных промежутках по формуле:

,                                               (2.1)

где  - мощность электродвигателя при i– том моменте, Вт;

      - i – тый момент, развиваемый двигателем, ;

      - угловая скорость вала двигателя при i– том моменте, рад/с

Угловая скорость равна:

                                           (2.2)

где  - частота вращения вала электродвигателя, об/мин

Формула (2.1) примет вид:

,                                                    (2.3)

Тогда мощности будут равны

 2.2 Определение эквивалентного момента и эквивалентной мощности

Эквивалентный момент определим по формуле:

,                                   (2.4)

Эквивалентную мощность определим по формуле:

,                                   (2.5)

Значения  и  обозначим на графиках изменения момента и изменения мощности.

2.3 Построение графиков изменения мощности и момента нагрузки на валу двигателя

Построим график изменения момента нагрузки (рисунок 2).

Рисунок 2– График изменения момента нагрузки на валу двигателя

Построим график изменения мощности двигателя (рисунок 3)


Рисунок 3 – График изменения мощности

3.Выбор электродвигателя

3.1 Подбор двигателя по требуемой мощности

При подборе электродвигателя необходимо учитывать электрические и механические потери, тогда требуемая мощность двигателя определится по формуле:

,                                            (3.1)

где  - эквивалентное значение мощности, Вт;

      - коэффициент запаса на электрические потери (изменение качества электрической энергии), принимаем  =1.2;  

      - коэффициент запаса на механические потери, принимаем = 1.2

Подставляя эти значения в (3.1), получаем :

Подбираем близкий по мощности двигатель с частотой вращения 1500 об/мин.

Из технического каталога (часть 1) Владимирского электромоторного завода выбираем технические данные для двигателя: Технические данные двигателя основного исполнения, степень защиты IP54, класс нагревостойкости изоляции «F», 2р=4, n=1500 об/мин:

Тип двигателя 5АМ112М4

Номинальная мощность 5,5 кВт

Номинальная частота вращения 1440 об/мин

Коэффициент полезного действия 86%

Коэффициент мощности 0,83

Номинальный ток при 380В 11,7 А

Номинальный момент 36,5 Нм

Отношение пускового момента к номинальному моменту 2,6

Отношение пускового тока к номинальному току 6,7

Отношение максимального момента к номинальному моменту 2,9

Динамический момент инерции ротора 0,02 кг м2

 Масса 63 кг.

 3.2 Проверка выбранного электродвигателя по пусковому и максимальному моментам

Проверка выбранного электродвигателя по пусковой способности с учетом потерь производится по следующей формуле:

,                                                  (3.2)

где - пусковой момент на нагрузочной диаграмме ,  

      - пусковой момент двигателя, Нм

Определим пусковой момент выбранного электродвигателя по следующей формуле:

     ,                                 (3.3)

      где   - кратность пускового момента относительно номинального, =2,6

Подставим известные величины в формулу (3.2):

Условие (3.2) выполняется, следовательно выбранный электродвигатель подходит по мощности, и пусковой способности.

 3.3 Проверка выбранного электродвигателя по перегрузочной способности

 С учетом потерь произведем по следующей формуле:

                                                    ,                                                 (3.4)

где  - максимально развиваемый двигателем момент на нагрузочной

              диаграмме ,

       -максимальный момент двигателя, Нм


Максимально развиваемый двигателем момент определим по следующей формуле:

,                                       (3.5)

где  - кратность максимально развиваемого момента относительно  

номинального, =2,9

Подставим известные величины в формулу (3.4):

Таким образом, выбранный электродвигатель подобран правильно, т.к. он удовлетворяет условию пускового момента и перегрузочной способности.

4 Построение механической и электромеханической характеристик электродвигателя

 4.1 Построение графика механической характеристики двигателя

В области малых скольжений (от до ) уравнение механической характеристики имеет вид:

,                                                       (4.1)

где  - значения, взятые на интервале от до

При скольжении больше критического (от  до ), момент электродвигателя определится по формуле:

       ,                                    (4.2)

где    - значения, взятые на интервале от  до ;

       - коэффициент, определяемый следующим образом:

                                                                                             (4.3)

Критическое скольжение определим по формуле:

                                    (4.4)

Скольжение при номинальной нагрузке определим по следующей формуле:

,                                                        (4.5)

где  - синхронная частота вращения вала двигателя, об/мин;

      - номинальная частота вращения вала подобранного двигателя, об/мин;

=1500 об/мин, =1440б/мин, тогда

 Критическую частоту определим из равенства:

                                             (4.6)

 Рассчитываем коэффициент b:

Коэффициент скольжения можно найти из формулы ниже:

                                                           (4,7)

где  - синхронная частота вращения двигателя, об/мин; 1500 об/мин

       - частота вращения вала двигателя на данном участке, об/мин.

Данные для построения механической характеристики сведем в таблицу

Таблица 1 – Механическая характеристика электродвигателя

1500

0

0

1440

0,04

35,22

1400

0,06

50,91

1300

0,13

87,76

1200

0,2

99,6

1170

0,22

100,05

1100

0,26

99,13

1000

0,33

98,57

900

0,4

98,13

800

0,46

98,13

700

0,53

97,5

600

0,6

96,68

500

0,66

94,98

400

0,73

94,01

300

0,8

93,59

200

0,86

93,67

100

0,93

94,12

0

1

94,9

 

Используя вычисленные выше значения, строим график механической характеристики электродвигателя.

Рисунок 4 – Механическая характеристика двигателя

4.2 Построение графика электромеханической характеристики двигателя

Электромеханическую характеристику асинхронного электродвигателя можно построить, воспользовавшись несколькими опорными точками, для определения которых потребуются данные для двигателя АИР180М4.

При номинальном моменте и, соответственно номинальной частоте вращения  машина потребляет из сети номинальный ток:

,                                            (4.8)

где - номинальная мощность выбранного электродвигателя, 5500Вт;

     - номинальное напряжение, принимаем ;

       - номинальное значение КПД выбранного электродвигателя; 86%

      - номинальное значение коэффициента мощности 0,83

Подставляя известные значения в формулу (4.8) высчитаем значение номинального тока выбранного электродвигателя

В серийных машинах при U=Uн и  f1=fн, т.е. при номинальном магнитном потоке ток холостого хода I0 (n0) составляет обычно 30% - 40% от номинального тока статора Iн:

                                                  (4.9)

 Примем среднее значение:

 Ток, потребляемый машиной при критическом скольжении:

                                          (4.10)

Ток при заторможенном роторе (в начальный момент пуска, n=0) определяется по паспортной характеристике – кратности пускового тока:

                                                                                                 (4.11)


По четырем найденным точкам строим график электромеханической характеристики двигателя.

Рисунок 5 – Электромеханическая характеристика двигателя

5 Определение тока, потребляемого двигателем в каждый момент времени и эквивалентного тока

Определить токи в моменты времени t1...t4 можно с помощью механической и электромеханической характеристик двигателя. Зная действующий момент, по механической характеристике можно определить частоту вращения, по которой в свою очередь по электромеханической характеристике найти потребляемый  ток.

 


Эквивалентный ток определим по формуле:

               (5.1)

6 Определение времени разгона электропривода

            

По заданию требуется определить время разгона электропривода  при моменте сопротивления М1 Нм, принимая, что момент сопротивления не зависит от частоты вращения. Общее время  разбиваем на малые промежутки  разгона . Тогда время i-го этапа разгона двигателя  можно определить по формуле:

                                                    ,                                    (6.1)

где J- момент инерции системы, приведенный к валу двигателя, ;

      - приращение частоты вращения, об/мин;

     - средний момент двигателя, ;

- статический момент сопротивления, приведенный к валу двигателя,

Момент инерции системы – это сумма моментов инерции двигателя и механизма:

                                                               ,                                           (6.2)

   

где - динамический момент инерции ротора двигателя , =0,02  -взяли из технических данных двигателя.

      - момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя (=I =12 кг м2)

Считаем суммарный момент инерции

Выделим следующие этапы разгона двигателя по частоте вращения: 0-100; 100-200; 200-300; 300-400;400-500;500-600;600-700;700-800;800-900;900-1000;1000-1100;1100-1170; 1170-1200;1200-1300;1300-1400; 1400-1440;  об/мин.

Найдем средние значения моментов за каждый этап разгона и, подставляя значения в формулу (6.1) найдем продолжительность этапов разгона. Данные для расчета для удобства сведем в таблицу 2.


Таблица 2 - Данные для расчета времени разгона электропривода

n об/мин

Δnк, об/мин

Mk, Hм

Mсk, Hм

Δtк, c

0-100

100

94,12

9

14,12

100-200

100

93,67

9

14,19

200-300

100

93,59

9

14,20

300-400

100

94,01

9

14,13

400-500

100

94,98

9

13,97

500-600

100

96,98

9

13,70

600-700

100

97,5

9

13,32

700-800

100

98,13

9

12,85

800-900

100

98,13

9

12,35

900-1000

100

99,57

9

11,89

1000-1100

100

99,57

9

11,58

1100-1170

70

100,05

9

9,24

1170-1200

30

99,6

9

3,98

1200-1300

100

87,76

9

15,26

1300-1400

100

50,91

9

28,63

1400-1488

88

6

9

-352,5

Суммарное время разгона электропривода

203,41


Заключение

В данной курсовой работе были достигнуты все поставленные цели и задачи: был подобран электродвигатель, построена его механическая и электромеханическая характеристики, а также графики разгона; определен КПД электропривода и расход энергии, потребляемой двигателем за рабочую смену, составлена схема управления электроприводом, работающим на основе выбранного электродвигателя.


Список использованной литературы

  1.  1.Константинов К.В. Электропривод: учебное пособие.– Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008.
  2.  Онищенко Г.Б. Электрический привод: учеб. для вузов / Г.Б. Онищенко – М.: РАСХН. – 2003. -320 с: ил.



Приложение 1


Приложение 2


Приложение 3

 

 


Приложение 4

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37789. Суммирующий счетчик со сквозным переносом на основе JK-триггера 108.28 KB
  Задание: Спроектировать схему суммирующего счетчика со сквозным переносом на основе JKтриггера и проверить правильность работы с помощью анализа переходных процесов. Схема: Анализ переходных процессов: Вывод: Изучил работу схему суммирующего счетчика со сквозным переносом на основе JKтриггера.
37792. Радиомониторинг защищаемого объекта с помощью индикаторов поля 966.5 KB
  Изучение характеристик индикаторов поля для определения; поиска обнаружения излучений НСИ несанкционированных средств перехвата информации радиозакладочных устройств передатчиков и...
37794. СОБСТВЕННОСТЬ И ТИПЫ ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ 85 KB
  Собственность выражает характер присвоения ресурсов, произведённого продукта, доходов, самого процесса производства в хозяйстве. Присваивать, быть собственником - это значит относиться к объектам экономических отношений, как к своим...
37795. Цифровая система передачи ИКМ 30 6.04 MB
  НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ АППАРАТУРЫ ИКМ30 Аппаратура ИКМ30 предназначена для формирования абонентских и соединительных линий ГТС и пригородной связи и позволяет организовать до 30 каналов ТЧ по парам низкочастотного симметричного кабеля с бумажной изоляцией типов Т и ТПП с диаметром жил 05 и 07 мм при однокабельном и двухкабельном вариантах работы. На стандартной стойке с размерами 2600х600х225 мм размещается до четырех комплектов АЦО обеспечивая при этом организацию 120 каналов ТЧ. Основные электрические характеристики аппаратуры ИКМ30...
37796. Знакомство с диалоговой оболочкой пакета прикладных программ IMDS 642 KB
  Цель: научиться основным приемам работы с пакетом программ IMDS (введение структуры и параметров модели, задания режимов интегрирования модели, задание выходных блоков, сохранение файлов структуры и результатов расчетов) при моделировании силовой части электропривода постоянного тока независимого возбуждения.
37797. Ознакомится с назначением и принципом работы выпрямительных и сглаживающих устройств, используемых в источниках питания электронных цепей 91 KB
  Схема однополупериодного выпрямителя. Рассчитать коэффициент пульсации и сглаживания для однополупериодного выпрямителя со сглаживающим резистивноемкостным фильтром. Схема однополупериодного выпрямителя со сглаживающим резистивноемкостным фильтром. Рассчитать коэффициент пульсации и сглаживания для однополупериодного выпрямителя со сглаживающим индуктивноемкостным фильтром.