86389

Расчет электропривода и его производственное применение

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Рассчитать сопротивления ступеней пускового реостата и определить пусковой ток в роторе электродвигателя и в сети.Разработать схему автоматического управления пуском электродвигателя в функции параметра тока времени скорости указанного в задании.Определить время пуска электродвигателя выбранного в п.Для электродвигателя выбранного в п.

Русский

2015-04-07

891 KB

17 чел.

Введение

В современном промышленном и сельскохозяйственном производстве, на транспорте и коммунальном хозяйстве, в быту  применяют  самые  разнообразные  технологические  процессы, для реализации  которых  человеком  созданы  тысячи  различных  машин  и  механизмов.

Механическая  энергия  вырабатывается  приводом, который  преобразовывает  другие  виды  энергии. В  современном  промышленном  производстве, коммунальном  хозяйстве  и  в  быту  наибольшее  применение  нашел  электрический  привод, на  долю  которого  приходится  более  60 %  потребляемой  в  стране  электроэнергии.

Такое  широкое  применение  электропривода  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  ее  для  работы  в  сложных  условиях.

Возможности  использования  современных  электроприводов  продолжают  постоянно  расширяться  за  счет  достижений  в  смежных  областях  науки  и  техники.

Задание для курсовой работы

Часть 1

Рис.1. Кинематическая  схема подъемного механизма

      1.1.Для главного привода подъемного механизма, выполненного по

кинематической схеме, приведенной на рис.1, в соответствии с индивидуальным заданием выбрать асинхронный электродвигатель (АД) с фазным ротором,

тип и марку редуктора. Режим работы электропривода – повторно- кратковременный (S3).

      1.2.Рассчитать сопротивления ступеней пускового реостата и определить

пусковой ток в роторе электродвигателя и в сети.

      1.3.Разработать схему автоматического управления пуском электродвигателя в функции параметра (тока, времени, скорости), указанного в задании. Количество ступеней пускового реостата должно соответствовать расчету (см.п. 1.2).

Выбрать необходимую аппаратуру защиты и управления.

      1.4.Для главного привода подъемного механизма определить сопротивления, которые требуется ввести в цепь ротора, чтобы груз двигался на подъем и на спуск со скоростью, равной 0,5 заданного значения. Построить искусственные механические характеристики и определить ток в роторе и в сети при указанных режимах работы.

Часть 2

      2.1.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным скольжением. Режим работы электропривода – S3. Построить естественную механическую характеристику и характеристики при напряжениях 0,5; 0,7 и 0,9 номинального значения.

      2.2.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором основного исполнения. Режим работы

электропривода – S3

      2.3.Определить время пуска электродвигателя, выбранного в п. 2.2, и построить зависимости ω = φ(t) и Mдв = ψ (t).

      2.4.Для электродвигателя, выбранного в п. 2.2, определить допустимое число включений в час.

Часть 3

      3.1.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным пусковым моментом, считая, что режим работы электропривода – кратковременный (S2) и время работы

составляет 15 мин.

      3.2.Определить превышение температуры двигателя в конце указанного времени работы.

Часть 4

      4.1.Рассчитать параметры схемы замещения по каталожным данным

асинхронного электродвигателя, выбранного в п. 2.2.

      4.2.Построить механические характеристики двигателя при частотном

регулировании скорости по закону  для частоты 10, 25, 50 и 100 Гц.

Дано :

Часть 1

  1.  С целью правильного выбора мощности электродвигателя подъемного механизма следует построить нагрузочную диаграмму, для этого необходимо определить мощность сопротивления  , время работы  и паузы :

                                                      (1)

где   - масса груза, кг;

       - скорость груза, м/с;

       - ускорение свободного падения, м/с;

       - КПД передачи;

                                                                                   (2)

где   - время цикла работы ();

       - продолжительность включения, %;

                                                                                       (3)

Рис.2. Нагрузочная  диаграмма

Выбор мощности электродвигателя производится по условию:

                                           

                                                                             (4)

где   - номинальная мощность двигателя, кВт;

       - эквивалентная мощность по нагрузочной диаграмме, определяемая по выражению

                                                              (5)

где   - коэффициент ухудшения охлаждения двигателя в период паузы ()

Выбираем  двигатель с  фазным ротором  4АК160М4

Для обеспечения надежного пуска двигателя следует сделать проверку по условию

          

                   (6)

где   - действительное напряжение при пуске, о.е.;

                                                                              (7)

       - действительное напряжение при пуске, В;

       - номинальное напряжение сети, В;

       - пусковой момент электродвигателя (), который принимается равным 0,8…0,9  момента критического;

                                                                    (8)

       - момент трогания рабочего органа подъемного механизма (), который приближенно можно определить по выражению

                                                                                  (9)

где   - номинальная угловая скорость электродвигателя, с-1.

                                                                   (10)

        - момент номинальный двигателя

                                          

  1.  Расчет сопротивления ступеней пускового реостата

Построение естественной механической характеристики по полной формуле Клосса:

                                                         (11)

где   - критический (максимальный) момент электродвигателя, ;

                                                                              (12)

        - кратность критического момента;

                                                                                                                  (13)

        - активное сопротивление обмотки статора, Ом;

        - приведенное активное сопротивление обмотки статора, Ом;

        - текущее значение скольжения электродвигателя;

        - критическое скольжение электродвигателя

                                                           (14)

        - номинальное скольжение электродвигателя

                                                                                (15)

         - синхронная частота вращения, об/мин;

         - номинальная частота вращения, об/мин;

Переход от скольжения  S  к угловой скорости  ω производят, используя формулу

                                                                                                             (16)

где   - синхронная угловая скорость электродвигателя, с-1.

                                                

Таблица 1 – расчет механической характеристики

S

0,01

0,02

0,037

0,10

0,2

0,312

0,5

0,7

0,8

0,9

1,0

M,

26,7

52,2

92,6

209

301

324

298

257

238

220

205

156

154,35

151,7

141,75

126

108,36

78,75

47,25

31,5

15,7

0

Построение пусковой диаграммы (рис.3.) следует начинать с определения максимального и переключающего (минимального) моментов:

                                                                   (17)

                                                                          (18)

где   - момент сопротивления подъемного механизма, ;

                                                                                    (19)

Рис.3. Пусковая диаграмма

После  построения пусковой диаграммы необходимо определить масштаб сопротивления :

                                                                                (20)

где   - номинальное сопротивление ротора, Ом;

                       

                                                                        (21)

        - ЭДС между кольцами неподвижного разомкнутого ротора, В;

        - номинальный ток ротора, А;

        - отрезок на пусковой диаграмме, соответствующий номинальному сопротивлению ротора, мм.

Тогда сопротивления ступеней пускового реостата

                                                                             (22)

                                        

всего  реостата:

                                                                  (23)

Пусковой  ток ротора :

 

                                                  (24)

Определение пускового тока в сети основывается на соотношении:

                                                    (25)

  1.  Для управления асинхронными двигателями широко используются релейно-контактные аппараты. При релейно-контактном управлении электродвигателем процесс его пуска обычно автоматизируется, что устраняет возможные при ручном управлении ошибки. Для пуска электродвигателя от персонала в этом случае требуется лишь нажать кнопку управления или повернуть в рабочее положение рукоятку командоконтроллера. У асинхронных электродвигателей с фазным ротором пусковые резисторы шунтируются по ступеням при помощи контакторов, управление которыми осуществляется в функции  скорости.

Рис.4. Принципиальная схема автоматического управления трехфазным асинхронным двигателем с фазным ротором по частоте вращения

Схема управления пуском трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором в функции частоты вращения. При таких схемах управления к валу двигателя присоединено реле частоты вращения SR с контактами SR, которые замыкаются при определенной частоте вращения (рис. 4). При нажатии на кнопку SB2 ток проходит по катушке пускателя КM1, который в свою очередь при помощи двух контакторов вспомогательной цепи шунтирует кнопку. SB2 и присоединяет катушку реле блокировки КL к сети. Реле блокировки замыкает свои контакты и подготавливает схему для дальнейшей работы. При пуске двигателя в цепи обмотки ротора включено все сопротивление пускового резистора. Через некоторый промежуток времени, при достижении определенной частоты вращения, замыкаются контакты SR1, по катушке контактора ускорения КМ2 протекает ток и его контакты закорачивают часть сопротивлений, при дальнейшем увеличении частоты вращения SR2 и срабатывает контактор КМ3 и его контакты закорачивают оставшиеся пусковые сопротивления. Контакт вспомогательной цепи контактора КМ3 шунтирует контакты реле частоты вращения SR.

Для коммутации в цепи автоматического отключения электродвигателя при коротком замыкании предлагается автоматический выключатель. Выбор осуществляется по следующим условиям:

  •  по номинальному напряжению

                                       

                                                                                 (27)

  •  по номинальному току выключателя

 

                                                                                     (28)

  •  по номинальному току теплового расцепителя

                                                                                          (29)

Предлагается автоматический выключатель ВА-51Г-31

Для управления асинхронным двигателем предлагается установить магнитный пускатель, выбираемый по номинальному напряжению:

 

                                                                                       

по номинальному  току :

                                              

Предлагается пускатель  ПМЛ 322002.

Для защиты электродвигателя от перегрузок пускатель комплектуется тепловым реле  РТЛ-205304  с током несрабатывания 23…32 А.

  1.  Скольжение двигателя при  работе на подъем :

                                                        (30)

где   - угловая скорость при  работе  на естественной характеристике  при ;

на спуске  груза:

                                                          (31)

Добавочное сопротивление, введенное в цепь ротора, при работе на подъем:

                                            (32)

где   - скольжение при работе  на естественной характеристике

                                                                         (33)

Добавочное сопротивление, введенное в цепь ротора, при работе на спуск:

                                              (34)

Построение искусственной характеристики при подъеме груза:

                                               (35)

                                           

Скольжение при номинальном моменте :

                                                        (36)

                      

                                            

Рис.5. Механическая характеристика (рабочие участки) естественная (1) и искусственная (2)

Часть 2

2.1. Повторность включения ,   .

Так как продолжительность включения нестандартная, то найденное значение мощности сопротивления пересчитаем на ближайшее большее стандартное значение продолжительности включения:

                                                                                   (37)

где   - стандартное значение относительной продолжительности включения (), о.е.;

       - фактическое значение относительной продолжительности включения, о.е.;

       - мощность сопротивления при значении , кВт;

      - мощность сопротивления, приведенная к ближайшему большему стандартному значению , кВт;

       - коэффициент потерь.

                                       

                                   

По полученному значению  надо выбрать двигатель так, чтобы мощность двигателя при стандартной продолжительности включения удовлетворяла условию :

                                                                                                              (38)

                                      

так как при  

                                 

Выбираем двигатель с повышенным скольжением  4АС160S4

По условию надежного пуска:

                                                                                       (39)

                              

                                    

                                       

                                           

                                   

                                             

Условие пуска выполняется, двигатель выбран верно.

Построение естественной механической характеристики по характерным точкам:

 (40)

где   - кратность минимального момента;

        - кратность пускового момента;

        - кратность критического момента;

        - угловая скорость при минимальном моменте, с-1.

Критическое скольжение :

                                                           (41)

Номинальное скольжение :

                                        

Расчет  искусственных характеристик :

При  

Пересчет  моментов  производится  по  формуле :

         

                                                                                                   (42)

Таким образом при

                                           

при  

                                         

при  

                                         

Рис.6. Семейство механических характеристик двигателя 4АС160S4

2.2. Выбор асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором основного исполнения производится аналогично электродвигателю с фазным ротором.

                                      

Выбираем двигатель с повышенным скольжением  4А160S4

По условию надежного пуска:

                                                                                       

                              

                                    

                                       

                                           

                                   

                                             

Условие пуска выполняется, двигатель выбран верно.

2.3. Для определения времени пуска построим механическую характеристику двигателя по характерным точкам:

 

Критическое скольжение :

                                                           

Номинальное скольжение :

                                        

Приведенный к валу электродвигателя момент сопротивления подъемного механизма :

                                              

Приведенный к валу электродвигателя момент энергии  системы «двигатель – подъемный механизм»:

                            (43)

где   - коэффициент, учитывающий момент инерции механической передачи (к=1,2)

       - момент инерции барабана подъемного механизма, ;

       - момент инерции ротора электродвигателя, ;

       - передаточное отношение редуктора;

                                                                                                (44)

      - номинальная скорость барабана подъемного механизма, с-1;

                                                                                (45)

     V – скорость подъема груза, м/с;

     d – диаметр барабана, м;

     m – масса груза, кг.

Используя построенные механические характеристики электродвигателя  и подъемного механизма , строят кривую динамического момента на основе соотношения  . Затем кривую динамического момента заменяют ступенчатой линией с участками по скорости   на которых динамический момент постоянен и равен его средней величине .

Тогда время пуска на каждом участке :

                                               

                                                                                                       (46)

где   - интервал скорости на i-м участке, с-1;

Таблица 2 - определение времени пуска

Участок

1

2

3

4

5

6

7

8

153,8-140,6

140,6-120

120 -100

100 - 80

80 - 60

60 - 40

40 – 22,5

22,5 - 0

13,2

20,6

20

20

20

20

17,5

22,5

65

122

102

80

58

32

14

23

0,033

0,028

0,032

0,041

0,057

0,164

0,205

0,160

от начала пуска

0,720

0,687

0,659

0,627

0,586

0,529

0,365

0,160

Рис.7. Определение времени пуска

Полное время пуска

Запишем ряд нарастающих значений угловой скорости и соответствующие им нарастающие значения времени.

Таблица 3 – зависимость

22,5

40

60

80

100

120

140,6

153,8

0,160

0,365

0,529

0,586

0,627

0,659

0,687

0,720

2.4. Допустимое число включений в час для электродвигателя подъемного механизма рассчитывается по формуле:

                                            

                                                                  (47)

где   - номинальные потери мощности, Вт;

       - фактические потери мощности (при нагрузке Рс), Вт;

       - коэффициент ухудшения охлаждения;

       - потери энергии в двигателе при пуске, Дж.

Номинальные потери мощности:

                               

                                                            (48)

где   - номинальный КПД электродвигателя.

Фактические потери мощности (при нагрузке Рс):

                                         (49)

где   - постоянные потери мощности в электродвигателе, Вт;

        - переменные потери мощности в электродвигателе, Вт.

Постоянные и переменные потери могут быть найдены путем решения системы уравнений :

 

                                                                                                     (50)

                                  

где   - коэффициент потерь.

Потери энергии при пуске :

                                    (51)

                              

Часть  3

3.1. Для полного использования электродвигателя по нагреву при работе в кратковременном режиме его следует выбирать исходя из условия :

                                                                                                                    (52)

Выбираем электродвигатель с повышенным пусковым моментом 4АР160S6 :

 

                                                 

Для количественной оценки перегрузки используются коэффициенты термической  и механической  перегрузок :

                                                                                                  (53)

                                                                                                 (54)

где   - время работы, мин;

       - постоянная времени нагрева, мин;

       - коэффициент потерь.

                                                                                        (55)

где  С – теплоемкость двигателя, Дж/°С;

                                                                        (56)

       - удельная теплоемкость, ;

       - масса электродвигателя, кг;

      А – теплоотдача двигателя,

                                                                                   (57)

       - номинальные потери мощности в двигателе, Вт;

                                   

       - допустимое значение превышения температуры, соответствующее классу нагревостойкости изоляции.

                                  

                                 

Так как  двигатель загружен по нагреву, поэтому определяющим является нагрев.

По  номинальной мощности и коэффициенту механической перегрузки определяем мощность, которую развить двигатель не перегреваясь:

                                                                         (58)

Условие                       

Проверяем двигатель по условию надежного пуска :

                                                                                         

                              

                                    

                                       

                                           

                                   

                                             

Условия выполняются.

3.2. Превышение температуры двигателя в конце работы :

                                             (59)

где    - установившееся значение превышения температуры электродвигателя  

                   при нагрузке , ;

                                                                        (60)

       - потери мощности при нагрузке , кВт;

                                          (61)

       - номинальные потери мощности, кВт.

                                                                                                     

                                  

Часть   4

4.1. Активное сопротивление статора определим из уравнения:

                  

                                                                                 (62)

Определяем значение переменных потерь из системы:

                                           

 

                                   

                                              

                                  

Сумму реактивных сопротивлений статора и ротора  ()

 

                                                                                     (63)

где   - номинальное фазное напряжение сети, В.

                                  

                                      

                                      

                                      

                                               

                                                    

                                                    

                                                   

                                                         

                                                       

Потери  мощности в роторе в номинальном режиме с одной стороны определяются :

                                                (64)

С другой стороны,

 

                                                                                                  (65)

Тогда номинальный ток ротора :

                                                                                                (66)

Номинальный ток ротора можно определить также из упрощенной  Г-образной схемы замещения :

                                                                                             (67)

Прировняв правые части выражений (66) и (67) получим :

 

                                                                                (68)

                                           

                                            

                                          

                                             

                                    

                                                 

                                                

4.2. С целью построения механических характеристик при частотном регулировании для каждого значения частоты достаточно определить синхронную частоту , критическое скольжение и соответствующую ему скорость , критический момент .

Механическая характеристика при

                                                                         (69)

                                   (70)

                                                              (71)

                                                                        (72)

                                     

При

                                                                    

                                  

                                                             

                                             

 При

                                                                    

                                  

                                                             

                                              

                                                  

 

Рис.8. Механические характеристики при частотном регулировании

Список  использованной  литературы

1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981.

2. Москаленко В.В. Электрический привод. М.: ACADEMIA, 2005

3. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электро     

    привода. М.: Энергия, 1979.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79916. Счастливый случай 1.84 MB
  Все вопросы заданы скорее в шутку. Однако даже самые трудные из этих вопросов все равно предназначены для забавы. Участники быстро отвечают на вопросы. Вы слушайте вопросы Ни пуха ни пера Любой предмет в физике.
79917. Рідна школа, рідна сім’я – тут зростає доля моя… 473 KB
  Посібник містить тести для батьків, які допомагають діагностувати проблеми сімей, виявити характер стосунків, взаєморозуміння між членами родини, дає практичні рекомендації щодо підготовки дитини до школи, кращої її адаптації.
79918. Сценарій виховного заходу «Школа – країна дивовижних мрій» 67 KB
  У школі сьогодні свято Зібралось гостей багато. Розмова дітей А моя мама вчилася в нашій школі. І моя мама працює у нашій школі вчителем. А мій тато шахтар а мій водій а мій програміст Вчитель: Діти тихо тихо Так і є багато ваших батьків вчилися в нашій школі а тепер вони стали дорослі стали батьками...
79919. Страна превратится в пустыню, если семья не станет святыней 45 KB
  Показать учащимся необходимость ценить и уважать свою семью, чтобы обеспечить благополучие и процветание своей страны. Познакомить детей с понятиями «семья», «генеалогия», «генеалогическое древо». Научить учащихся составлять родословную своей семьи. Показать основы для дальнейшего изучения истории поколений.
79920. КЛАССНЫЙ ЧАС ДЛЯ СТАРШЕКЛАССНИКОВ: «СЕМЬЯ — КЛЮЧ К СЧАСТЬЮ» 36.5 KB
  А что же должно быть между двумя молодыми людьми чтобы они захотели создать семью Правильно любовь А что же такое любовь Лично для меня любовь это любовь к моим родителям их я люблю дочерней любовью. Это любовь к моим детям их я люблю материнской любовью. Это любовь к моему мужу его я люблю женской любовью.
79921. Вивчення проблеми сенсу буття та призначення людини на Землі за творами Річарда Баха «Чайка Джонатан Лівінгстон» та Пауло Коельо «Алхімік» 185.5 KB
  Ніколи людині не було байдужим питання про сутність її призначення, місію на Землі. Пошук істини виправдовував зміст життя, приводив до відкриттів, які окриляли, запевняли: не дарма, не дарма... Складався досвід, життєстверджуючий, ґрунтовний. Здавалось би, повтори, доповни своїм.
79922. Гра «Щасливий випадок» 46 KB
  Мета: Показати учням красу та багатство української мови, викликати навички бажання вивчати її, збагачувати її, збагачувати свій словниковий запас; розвивати навички виразного читання, усне мовлення учнів, кмітливість. Виховувати любов і повагу до своєї Батьківщини, свого народу, рідної мови
79923. Початкова школо, прощавай! 60 KB
  Свято відбувається у шкільній залі. Учні четвертих класів вишикувались біля актової зали. Звучить запис фанфар. На середину зали вибігають глашатаї: 1-й глашатай: Слухайте! Слухайте! 2-й глашатай: І не кажіть, що ви не чули! 1-й глашатай: І не кажіть, що ви не бачили!
79924. Обряд щедрування «Маланка та Василь» 57 KB
  Ознайомити школярів з культурною спадщиною рідного краю, традиціями, звичками, обрядами. Формувати пізнавальний інтерес учнів. Сприяти розвиткові творчих здібностей дітей, бажанню примножувати родинні традиції. Виховувати любов до народної творчості, прагнення вивчати й зберігати народні скарби...