Симоненко А.С. Электропривод

Подождите немного. Документ загружается.

Для выбора двигателя данной серии необходимо иметь фактическую отно-

сительную продолжительность включения (ПВ указывается в задании) и мощ-

ность сопротивления Р

(по выражению (1)).

Если продолжительность включения окажется нестандартной, следует

мощность нагрузки Р

пересчитать на ближайшее большее стандартное значе-

ние относительной продолжительности включения:

(1)

ст ст

фф

εε

−

(12)

где Р

— мощность сопротивления, приведенная к стандартной ПВ

ст

, кВт;

Рс — мощность сопротивления при фактической продолжительности

включения

, кВт;

— фактическая продолжительность включения по заданию;

= (0,5...0,7) — коэффициент потерь.

По полученному значению Р

надо выбрать двигатель так, чтобы его но-

минальная мощность при принятой в формуле (12) стандартной продолжитель-

ности включения удовлетворяла условию,

нст с

Р≥

После этого двигатель необходимо проверить по условию запуска.

При повторно-кратковременном режиме работы могут быть использованы

двигатели продолжительного режима S1 из серии 4А. Выбор в этом случае

производится аналогично выбору двигателя из серии 4АК (п. 1.1).

Выбранный двигатель из серии 4А необходимо также проверить по усло-

вию надежного пуска.

2.2. Допустимое число включений

в час можно определить по выражению:

(1 ) ( )

3600 ,

нфнфф

доп

пт

РРР

АА

εε

Δ⋅ − +Δ−Δ

Δ+Δ

где

— потери мощности при номинальной нагрузке, Вт;

— фактические потери мощности (при нагрузке Р

), Вт,

— коэффициент ухудшения охлаждения;

— фактическая продолжительность включения;

— потери энергии при пуске, Дж;

— потери энергии при торможении, Дж, (принять равными нулю).

Номинальные и фактические потери определяются из выражений:

нн

РР

−

Δ=

фн

РР

Δ=Δ

, (13)

где х — коэффициент загрузки, х = Р

с.

/Р

Потери энергии в двигателе при пуске определить на ЭВМ (приложение 2).

2.3. Для построения зависимостей М

дв

= f(t) и

(t) (изменение момента

и скорости двигателя в переходном процессе) необходимо предварительно по-

строить механические характеристики двигателя и рабочей машины М

дв

= f

(

)

и М

= f

(

). Механическая характеристика двигателя строится по координатам

5 точек: (М

= 0); (М

мин

); (М

); (М = 0,

). Механическая

характеристика рабочей машины строится по уравнению М

= М

тр

Построение зависимостей М

дв

= f(t) и

(t) и определение времени раз-

бега электропривода ведется графоаналитическим методом — методом пропор-

ций. Полученное путем графических расчетов время разбега сравнить с резуль-

татами аналитического расчета времени на ЭВМ. Методику расчетов времени

разбега электропривода с нагрузкой на ЭВМ см. в приложении 2.

Часть 3

3.1. Правильно выбранным по нагреву электродвигателем при любом ре-

жиме работы считается тот, у которого в процессе работы превышение темпе-

ратуры максимально приближается к номинальному, но не превышает его.

Для полного использования по нагреву двигателя продолжительного ре-

жима (например, серии 4АР) при работе в кратковременном режиме его следует

перегружать, т.е.

выбирать, исходя из условия:

нс

По этому условию выбрать двигатель серии 4АР и для него определить ко-

эффициенты термической и механической перегрузок:

1exp( )

−−

мТ

р (),

+−

где t

— время работы, c;

— постоянная времени нагрева, c;

— коэффициент потерь, принимается 0,5...0,7

Постоянная времени нагрева определяется как:

где С = с

⋅m — теплоемкость двигателя, Дж/°С;

—

удельная теплоемкость (берется по стали), Дж/кг

⋅

град;

m — масса электродвигателя, кг;

А — теплоотдача двигателя, Дж/с

⋅

град:

где

— номинальное превышение температуры, соответствующее нагрево-

стойкости изоляции (принимается по таблице 1).

Изоляция двигателей 4А по классам нагревостойкости (ГОСТ 8865—70)

выполняется для двигателей с высотами оси вращения 56...63 мм — класса Е;

71...132 мм — класса В; 150...365 мм — класса F.

Для двигателей серии АО2 принимается класс Е.

Таблица 1

Класс изоляции

по нагревостойкости

A E B F H H C

Предельно допустимая

температура, °С

105 120 30 155 180 >180

Номинально превышенные

температуры,

60 75 85 110 135 >135

После определения коэффициента механической перегрузки производится

расчет потребной мощности электродвигателя.

По известной мощности нагрузки Р

и найденному коэффициенту механи-

ческой перегрузки определяется расчетная мощность двигателя:

рас

По расчетной мощности выбирается номинальная мощность двигателя по

условию:

н рас

Р≥

В случае если

получается больше 2, полное использование двигателей

по нагреву ограничивается его перегрузочной способностью, которая для асин-

хронных двигателей характеризуется кратностью критического момента

(для

двигателей серии 4АР ориентировочно принимается

= 2). Тогда:

рас

Р =

и номинальная мощность выбирается из условия:

н рас

РР≥

Для выбранного по этому условию электродвигателя необходимо рассчи-

тать превышение температуры в конце рабочего цикла и далее проверить по

условиям запуска.

Если данный двигатель не обеспечивает надежного пуска, необходимо

произвести выбор следующего уже по условию пуска. Для этого двигателя так-

же рассчитать превышение температуры в конце рабочего цикла и сопоставить

его

с нагревом двигателя, выбранного по условиям нагрева и перегрузочной

способности.

3.2. Превышение температуры двигателя в любой момент рабочего перио-

да определяется по уравнению нагрева:

(1 ).

уф

ττ

−

=−

Превышение температуры в конце рабочего периода определяется как

(1 ),

t уф

ττ

−

=−

где τ

уф

— установившееся превышение температуры при нагрузке Р

с:

уф н

ττ

где

— потери мощности при нагрузке Р

, кВт, см. выражение (13);

— номинальные потери мощности, кВт.

Для выбранных по условиям нагрева и запуска двигателей построить гра-

фики изменения превышения температуры за рабочий цикл.

Часть 4

4.1. Для определения параметров двигателя (r

, r

, x

, I

2н

) достаточно

воспользоваться упрощенной Г-образной схемой замещения. При этом ошибка

будет в пределах допустимой для инженерных расчетов.

Параметры схемы замещения рассчитать по формулам (7-10).

4.2. Для построения механических характеристик асинхронного двигателя

при частотном регулировании скорости необходимо в уравнение механической

характеристики в параметрической форме ввести относительные значения на-

пряжения и частоты.

()

(

)

22/

/22

он к

mU u r s

rs r х s

ωϕ

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅++⋅

(14)

где

u = U/U

= f/f

— соответственно относительные напряжение и частота то-

ка;

он

— синхронная скорость при номинальной частоте тока.

При частотном регулировании скорости по закону U/f = const эти относи-

тельные величины между собою равны, т.е.

u =

(

)

() ()

нон

i он он кн он

mU u u r

ru r uxu u

ωω

ωω ω ωω

⋅−⋅

⎡⎤

−+⋅⋅ +⋅ −

⎣⎦

221

. (15)

Подставляя в выражение (15) значения найденных по формулам (7-10) па-

раметров двигателя и величин относительного напряжения

u = 0,2; 0,5; 1,0 и

2,0, строятся соответствующие характеристики. Для их построения необходимо

использовать ЭВМ.

Часть 5

5.1. Очень важным вопросом для данного способа регулирования является

определение допустимых нагрузок двигателя при изменении скорости.

Выбор двигателя производится из условия:

акс н

≤Δ

где

2макс

— максимальные потери в роторе, кВт;

2н

— номинальные потери в роторе, кВт, т.е.:

сдоп о x нон

s М s

⋅

⋅≤ ⋅ ⋅

(16)

где М

с доп

— допустимый по условиям нагрева момент сопротивления, Нм,

при котором имеют место максимальные потери в роторе

макс

= М

с доп

⋅

;

— скольжение при работе на искусственной характеристике, при кото-

ром имеются максимальные потери

доп

;

— номинальный момент электродвигателя, Нм;

— номинальное скольжение.

Из формулы (16) следует:

он

’

c доп н н

ох

МММ

−

Для механизмов с вентиляторной механической характеристикой макси-

мальные потери в роторе двигателя имеют место при

≈ 2/3⋅

Механическая характеристика машин вентиляторного типа представляется

выражением:

()(),

coзсн o

MM kM M

=+⋅ −

где

— момент сопротивления при трогании, Нм;

сн

— номинальный момент сопротивления машины, Нм;

— коэффициент загрузки.

Принимая для упрощения момент сопротивления при трогании равным

нулю, а коэффициент загрузки равным единице, получим:

().

c сн

В этом выражении момент

равен допустимому при скорости

= 2/3⋅

, следовательно:

().

сдоп сн

Отсюда номинальный момент сопротивления вентилятора равен:

сн сдоп

ММ

⎛⎞

⎜⎟

⎝⎠

Номинальная мощность вентилятора определится как:

нснн

РМ

⋅

5.2. Построение искусственных механических характеристик при измене-

нии питающего напряжения сети основывается на том, что момент электродви-

гателя пропорционален квадрату напряжения.

Для их построения необходимо использовать ЭВМ. В память машины вве-

сти уравнение механической характеристики в параметрической форме (урав-

нение (14) при

= 1) и, задаваясь значениями u = 1; 0,9; 0,7 и 0,5, вычислить и

построить естественную и искусственные характеристики и пусковую диаграм-

му.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Анурьев, В.И. Справочник машиностроителя. Т.3. — М. : Машино-

строение, 1980. — С. 484.

2. Редукторы и моторедукторы : справочник / под ред. А.С. Бойко. —

М. : Машиностроение, 1974.

3. Асинхронные двигатели серии 4А : справочник. — М. : Энергоиздат,

1982.

4. Справочник по электрическим машинам. Т.1. — М. : Энергоатомиз-

дат, 1988.

5. Кацман, М.М. Справочник по электрическим двигателям. — М. :

Асадема, 2005.

6. Рекус, Г.

Г. Электрооборудование производств. — М. : Высшая шко-

ла, 2005.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Исходные данные

Вариант

Масса,

m, кг

Скор.

груза,

v, м/с

Диам. ба-

раб.

D, м

Момент

инерц.

J, кг·м

КПД

пер

ПВ, %

Тип схемы: в функции скорости

1 800 1,5 0,4 17 0,9 12

2 700 1,5 0,5 20 0,8 20

3 900 1,5 0,4 17 0,86 30

4 750 1,2 0,35 10 0,9 12

5 800 1,2 0,4 17 0,8 20

Тип схемы: в функции времени

6 1200 1,2 0,35 10 0,86 30

7 1500 1,0 0,35 8 0,9 12

8 1700 1,0 0,35 10 0,8 20

9 1900 1,0 0,35 8 0,85 30

10 2000 0,8 0,4 10 0,9 12

Тип схемы: в функции тока

11 2700 0,8 0,36 8 0,8 20

12 3000 0,8 0,36 10 0,85 30

13 2500 0,6 0,5 20 0,9 12

14 3300 0,6 0,4 8 0,8 20

15 3700 0,7 0,5 20 0,65 30

Тип схемы: в функции скорости

16 3500 0,6 0,45 11 0,8 35

17 3100 0,7 0,5 12 0,9 45

18 1800 0,7 0,4 13 0,85 50

19 3200 0,9 0,36 14 0,75 55

20 2600 0,9 0,45 15 0,8 20

Тип схемы: в функции времени

21 2100 0,9 0,5 16 0,85 17

22 2300 1,3 0,55 18 0,9 12

23 1400 1,3 0,46 19 0,85 18

24 1100 1,3 0,48 20 0,75 20

25 600 1,4 0,37 6 0,85 35

Тип схемы: в функции тока

26 1500 1,4 0,39 7 0,8 28

27 1600 1,4 0,52 9 0,9 37

28 1700 1,1 0,53 8 0,9 46

29 700 1,1 0,36 15 0,7 50

30 850 1,1 0,37 12 0,75 52

Окончание приложения 1

Тип схемы: в функции скорости

31 800 1,6 0,35 6 0,8 12

32 900 1,6 0,4 7 0,86 17

33 1000 1,6 0,45 8 0,9 20

34 1100 0,7 0,5 15 0,75 28

35 1200 0,7 0,55 14 0,8 32

Тип схемы: в функции времени

36 1300 0,7 0,35 13 0,85 35

37 1400 0,8 0,4 12 0,9 45

38 1500 0,8 0,45 10 0,75 50

39 850 0,8 0,5 11 0,9 48

40 950 0,9 0,55 9 0,8 30

Тип схемы: в функции тока

41 1700 0,9 0,4 17 0,85 27

42 1600 0,9 0,45 20 0,8 34

43 1900 1,1 0,36 18 0,75 12

44 1800 1,.0 0,5 21 0,86 11

45 2000 1,0 0,55 19 0,9 10

Тип схемы: в функции скорости

46 2000 1,1 0,2 13 0,7 26

47 2400 1,2 0,3 14 0,72 30

48 2500 1,3 0,8 15 0,8 33

49 2600 1,4 0,7 16 0,81 37

50 2100 1,5 0,6 17 0,63 41

Тип схемы: в функции времени

51 2200 1,1 0,5 18 0,85 45

52 2300 1,2 0,4 19 0,78 50

53 2700 1,3 0,2 20 0,8 55

54 3100 0,6 0,3 15 0,78 30

55 2100 1,4 0,4 13 0,87 25

Приложение 2

Методика решения задач с применением ЭВМ

Задачи всех разделов данной курсовой работы рекомендуется выполнять в

пакете MCAD.

Часть 1. При расчете пусковых резисторов в цепи обмотки ротора требу-

ется определить полное их сопротивление, число ступеней и сопротивление ка-

ждой ступени. Для этого вначале необходимо определить пусковой момент

двигателя

п1

, момент при отключении ступеней сопротивления М

п2

и скольже-

ние

е1

, которое соответствует моменту М

п1

на естественной характеристике.

Пусковой момент

п1

с учетом понижения напряжения определяется как:

п u

k М

⋅

Момент при отключении ступеней сопротивления:

1,1...1,3 .

пс

⋅

Скольжение

е1

при моменте М

п1

определяется из упрощённой формулы

Клосса:

ке ке

e ке

пп

ММ

⎛⎞

⎜⎟

=− −

⎜⎟

⎝⎠

где

к е

и s

к е

— соответственно критический момент и критическое скольжение

на естественной характеристике.

Пуск двигателя происходит на первой искусственной характеристике, у

которой

к и 1

= М

п 1

и s

к и 1

1. Когда момент двигателя достигает значения М

п2

первая ступень резистора отключается, а соответствующее этому моменту

скольжение на первой искусственной характеристике определится как:

ПП

ИКИ

ПП

ММ

⎛⎞

⎜⎟

=−−

⎜⎟

⎝⎠

)

После отключения первой ступени двигатель должен выходить на вторую

искусственную характеристику при

к и 2

= М

п 1

и s

к и 2

= s

и1

. Тогда при отключении

второй ступени сопротивления при моменте

п2

скольжение определится как:

пп

ИКИ

пп

ММ

⎛⎞

⎜⎟

=−−

⎜⎟

⎝⎠

Аналогичным образом находятся все скольжения на искусственных харак-

теристиках при моменте

п2

до выполнения условия: s

иn

= < s

е1

. Здесь s

иn

—

скольжение на последней искусственной характеристике при

п 2

. В том случае

если

иn

= s

е1

, расчет искусственных характеристик окончен. Если s

иn

> s

е 1

, не-

обходимо моменту

п2

присваивать новые значения до тех пор, пока не будет

выполняться условие:

иn

≈ s

е1