Симоненко А.С. Электропривод

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ФГОУ ВПО КОСТРОМСКАЯ ГСХА

Кафедра электропривода и электротехнологии

ЭЛЕКТРОПРИВОД

Методические рекомендации

по выполнению курсовой работы

для студентов специальности 110302

«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

очной и заочной форм обучения

3-е издание, стереотипное

КОСТРОМА

КГСХА

2008

УДК 621.34 : 63

ББК 31.291

Э 45

Составитель: к.т.н., профессор кафедры электропривода и электротехноло-

гии ФГОУ ВПО Костромская ГСХА А.С. Симоненко.

Рецензент: к.т.н., доцент кафедры теоретических основ электротехники и

автоматики ФГОУ ВПО Костромская ГСХА А.В. Рожнов.

Рекомендовано к изданию методической комиссией

факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства,

протокол № 2 от 26 февраля 2007 г.

Э 45 Электропривод : методические рекомендации по выполнению курсовой

работы для студентов специальности 110302 «Электрификация и автомати-

зация сельского хозяйства» очной и заочной форм обучения / сост. А.С. Си-

моненко. — 3-е изд., стереотип. — Кострома : КГСХА, 2008. — 22 с.

В издании содержатся задания для курсовой работы по вариантам, излагается краткая

методика решения поставленных задач по расчету и выбору электродвигателей, приво-

дится методика решения задач с использованием персональных компьютеров.

Методические рекомендации предназначены для студентов специальности 110302

«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» очной и заочной форм обучения.

УДК 621.34 : 63

ББК 31.291

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение....................................................................................................................... 4

Задания к курсовой работе ......................................................................................... 5

Методические указания к разделам курсовой работы............................................. 7

Приложения ............................................................................................................... 18

ВВЕДЕНИЕ

Для современного сельскохозяйственного производства характерно широ-

кое использование электрической энергии.

Основой, на которой базируется комплексная механизация и автоматиза-

ция технологических процессов в сельском хозяйстве, является автоматизиро-

ванный электропривод. От технического совершенства электропривода в значи-

тельной степени зависит производительность и условия труда, надежность и

долговечность работы машин, а также качество выпускаемой

продукции.

В подготовке инженера-электрика по специальности 110302 «Электрификация

и автоматизация сельского хозяйства» курс «Электропривод» играет важную роль.

В данном курсе, согласно учебному плану, предусматривается выполнение

курсовой работы, целью которой является закрепление и углубление теоретиче-

ских знаний по курсу, развитие навыков самостоятельной работы, творческой

инициативы и инженерного мышления.

Данное методическое пособие

содержит краткие методические советы по

выполнению курсовой работы с применением вычислительной техники.

Требования к оформлению работы

Содержание пояснительной записки разделяется на части, разделы и под-

разделы, имеющие порядковые номера. Все страницы записки, включая рисун-

ки и таблицы, нумеруются. Номер страницы проставляется в правом верхнем

углу листа, начиная с введения. Формулы также

нумеруются, и их номера про-

ставляются с правой стороны в круглых скобках. Значения символов и число-

вых коэффициентов, входящих в формулу, расшифровываются непосредствен-

но под ней. Все расчеты в курсовой работе выполняются в Международной

системе единиц СИ.

ЗАДАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

Часть 1. Расчет и выбор асинхронного электродвигателя

с фазным ротором. Расчет пусковых резисторов.

Схемы автоматического регулирования

1.1. Для подъемного механизма, представленного кинематической схемой

на рисунке 1, выбрать асинхронный электродвигатель из серии 4АК (АОК2) и

редуктор.

1.2. Рассчитать ступени пускового резистора и определить пусковой ток в

обмотках статора и ротора.

Рис. 1

1.3. Составить схемы автоматического управления пуском реверсивного и

нереверсивного электропривода с тремя ступенями скорости.

1.4. Определить сопротивления, которые требуется ввести в цепь ротора,

чтобы груз двигался на подъем и на спуск со скоростью, равной половине за-

данного значения. Построить искусственные механические характеристики.

Определить токи в обмотках ротора и статора при указанных режимах

работы.

Часть 2. Расчет и выбор асинхронных электродвигателей

при повторно-кратковременном режиме работы.

Определение времени разбега допустимого числа включений двигателя

2.1. Для кинематической схемы (см. рис. 1) выбрать асинхронные электро-

двигатели из серии 4АС и 4А.

2.2. Для двигателя из серии 4А определить допустимое число включений в

час. Построить зависимость

= f (t) и M

дв

(t) в процессе пуска. Определить

время разбега привода графоаналитическим методом и на ЭВМ.

Часть 3. Расчет и выбор асинхронного электродвигателя

для кратковременного режима работы.

Определение температуры нагрева

3.1. Выбрать асинхронный электродвигатель из серии 4АР (АО П2) для

кратковременного режима работы при заданной нагрузке и продолжительности

работы 10 мин.

Определить превышение температуры и построить зависимость

= f (t) за

весь период работы для двигателей, выбранных по условиям нагрева и по усло-

виям запуска. Сделать заключение об использовании теплового ресурса вы-

бранного электродвигателя.

Часть 4. Расчет характеристик при регулировании

угловой скорости асинхронного электродвигателя

4.1. Для асинхронного электродвигателя серии 4А, выбранного в части 2,

рассчитать параметры схемы замещения по каталожным данным.

4.2. Построить

механические характеристики двигателя при частотном ре-

гулировании по закону U/f = const при частотах 10, 25, 50 и 100 Гц.

Часть 5. Расчет характеристик при частотном регулировании

угловой скорости асинхронного электродвигателя

при изменении напряжения

5.1. Определить допустимую по условиям нагрева мощность центробежно-

го вентилятора для электродвигателя серии 4АС, выбранного в части 2, если

регулирование производительности осуществляется снижением напряжения на

статоре, а режим работы привода продолжительный.

5.2. Построить естественную характеристику, характеристики при напря-

жениях 0,9; 0,7; и 0,5 от номинального и механическую характеристику вы-

бранного вентилятора. Определить по графику диапазон регулирования скоро-

сти. Момент сопротивления при трогании вентилятора принять равным

0,1 .

сн

При выполнении курсовой работы необходимо иметь в виду следующее:

1. Массой троса можно пренебречь.

2. Электродвигатели необходимо выбирать с синхронной частотой враще-

ния 1500 об/мин.

3. Время цикла в повторно-кратковременном режиме принять равным, со-

гласно ГОСТ 183—74, стандартному — 10 минут.

4. Отношение

= r

принять равным единице.

5. Момент сопротивления при спуске и подъеме считать неизменным.

6. Снижение напряжения при пуске принять равным 7,5%.

7. Постоянную времени нагрева T

принять равной С/A.

Вариант курсовой работы выдает преподаватель. Исходные данные для

своего варианта: скорость груза V, масса груза m, момент инерции

⌡

, КПД

передачи

, продолжительность включения ПВ и тип схемы берутся из при-

ложения 1.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАЗДЕЛАМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Часть 1

1.1. Для правильного выбора мощности электродвигателя следует постро-

ить нагрузочную диаграмму, для чего необходимо определить мощность сопро-

тивления Р

, время работы t

и время паузы t

по выражениям:

mgv

Р ,

⋅

(1)

где

m — масса груза, кг;

g — ускорение силы тяжести, м/с

;

v — скорость груза, м/с;

— КПД передачи.

100

рц

В%

tt=

где

— время цикла (t

= 10 мин);

ПВ% — продолжительность включения, %.

−

пцр

ttt

Выбор мощности электродвигателя производится по условию:

≥

нэк

где

—

номинальная мощность двигателя, кВт;

эк

— эквивалентная мощность по нагрузочной диаграмме, определяемая

из выражения:

ср

эк

оп

⋅

где

— коэффициент ухудшения охлаждения двигателя в период паузы.

Для обеспечения надежного пуска двигателя следует сделать проверку по

условию:

025

u птр н

кМ М , М⋅≥ + ,

где к

— коэффициент, учитывающий снижение напряжения при пуске:

;

где М

— пусковой момент электродвигателя, Н.м, который следует принять

равным критическому.

тр

— момент трогания рабочей машины, Н.м;

1.2. При расчете пускового резистора следует использовать упрощенную

формулу Клосса. Методика расчета сопротивлений и построения пусковой диа-

граммы с помощью ЭВМ приведена в приложении 2.

1.3. Для определения добавочных сопротивлений в цепи ротора при подъ-

еме и опускании груза с половинной скоростью необходимо вычислить соот-

ветствующие значения скольжений при моменте двигателя, равном М

. На есте-

ственной механической характеристике скольжение s

се

определяется из

упрощенной формулы Клосса на ЭВМ путем присвоения моменту двигателя

значения М

при к

= 1.

При подъеме груза с половинной скоростью скольжение определяется как

0,5 (1 ),

cпод се

(2)

при опускании с половинной скоростью:

1, 5 0, 5

ccп cе

−

. (3)

1.4. Добавочные сопротивления в цепи ротора для соответствующих ис-

кусственных характеристик определяются по выражению:

Дi

⎛⎞

=−

⎜⎟

⎝⎠

(4)

где r

— активное сопротивление фазы обмотки ротора;

— критическое скольжение на i-й характеристике;

— скольжение на естественной характеристике при моменте

к M⋅ .

Активное сопротивление фазы обмотки ротора определяется по формуле:

нн

⋅

= ,

где U

2н

— напряжение неподвижного ротора;

2н

— номинальный ток ротора.

Добавочное сопротивление при подъеме и опускании груза с половинной

скоростью определяется из выражения (4) с использованием значений соответ-

ствующих скольжений из (2) и (3).

c под

под

се

⎛⎞

−

⎜⎟

⎝⎠

cсп

сп

се

⎛⎞

−

⎜⎟

⎝⎠

1.5. Пусковой ток в обмотках статора можно определить из уравнения за-

кона Ома для Г-образной схемы замещения двигателя:

(5)

где U

ф1

— фазное напряжение обмотки статора;

z — полное сопротивление по схеме замещения при к.з.:

(),

zr x

=+ +

(6)

где r

— активное сопротивление фазы обмотки статора;

— приведенное к обмотке статора активное сопротивление фазы обмот-

ки ротора;

— добавочное сопротивление в цепи ротора, приведенное к обмотке

статора;

— индуктивное сопротивление при к.з.:

(),

ко

=−−

⋅

(7)

где M

— критический момент двигателя.

Входящие в (6) сопротивления определяются как:

(8)

где

— переменные потери двигателя при номинальной мощности:

(1 )

нн

−

Δ=

, (9)

где

— коэффициент потерь, для асинхронных двигателей принимается

= 0,5...0,7

Активные сопротивления фаз обмоток статора r

и ротора определяются из

выражений:

()

ннo н

−−

= (10)

−

Приведенное к обмотке статора добавочное сопротивление определяется

из выражения:

ддтр

RRk=

где k

тр

— коэффициент трансформации:

тр

Пусковой ток ротора определяется по соотношению:

нп

(11)

на том основании, что отношение токов статора и ротора в любом режиме рабо-

ты электродвигателя остается постоянным. Токи в обмотках статора и ротора

при работе на искусственных характеристиках при спуске и подъеме груза с

половинной скоростью определять по соотношениям (5) и (11) при этом в вы-

ражении (6) используются соответствующие скольжения: при спуске,

подъеме

груза с половинной скоростью и при работе на естественной характеристике с

моментом M

1.6. Для управления асинхронными двигателями широко используются ре-

лейно-контакторные аппараты. При релейно-контакторном управлении элек-

тродвигателем процесс его пуска обычно автоматизируется, что устраняет воз-

можные при ручном управлении ошибки. Для пуска электродвигателя в этом

случае требуется лишь нажать кнопку управления или повернуть в рабочее по-

ложение рукоятку командоконтроллера. У асинхронных

электродвигателей с

фазным ротором пусковые резисторы замыкаются накоротко по ступеням при

помощи контакторов, управление которыми осуществляется в функции ЭДС,

тока или времени согласно заданию.

В данной курсовой работе необходимо составить две схемы в функции то-

го параметра, который указан в задании: схему управления пуска электродвига-

теля с использованием кнопочных станций

и схему управления реверсивным

электроприводом с использованием командоконтроллера.

Часть 2

2.1. Для повторно-кратковременного режима работы выпускается серия

специальных двигателей, рассчитанных на этот режим, — это двигатели серии

4АС (двигатели с повышенным скольжением). Эти электродвигатели рассчиты-

ваются на работу при стандартных продолжительностях включения ПВ: 15, 25,

40 и 60%. В технической литературе приводятся величины мощности двигателя

для всех значений ПВ. За номинальную мощность для серии 4

АС принимается

мощность при ПВ = 40%. Длительность рабочего цикла не должна превышать

10 мин (ГОСТ 183—74).