Выбор мощности электродвигателя

Сыктывкарский лесной институт

Санкт-Петербургской государственной лесотехнической

академии им. С.М. Кирова

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

М. В. Хохлов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К выполнению курсовоГО ПРОЕКТА

по дисциплине «Электропривод»

Сыктывкар 2003

Методические указания предназначены для выполнения студентами очной и заочной формы обучения (специальность 311400 – Электрификация и автоматизация сельского хозяйства, специализация 311404 - Электроснабжение) курсового проекта по дисциплине «Электропривод» на тему «Расчет и выбор автоматизированного электропривода с асинхронным двигателем с фазным ротором» или «Расчет и выбор автоматизированного электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения».

СОДЕРЖАНИЕ

Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Задания и требования к оформлению работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

2. Выбор мощности электродвигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3. Построение естественной характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4. Построение реостатной характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5. Построение пусковой диаграммы и расчет

пусковых реостатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

6. Построение тормозной диаграммы и расчет

тормозных реостатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

7. Выбор предварительной ступени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

8. Выбор реостата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

9. Полная пусковая диаграмма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

10. Расчет и построение кривых переходных процессов

при пуске и торможении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

11. Проектирование принципиальной электрической

схемы электропривода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

Выбор электрических аппаратов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Общие положения

Настоящие методические указания предназначены для выполнения студентами очной и заочной формы обучения (специальность 311400 – Электрификация и автоматизация сельского хозяйства, специализация 311404 - Электроснабжение) курсового проекта по дисциплине «Электропривод».

Содержание проекта включает следующие основные этапы проектирования: построение нагрузочной диаграммы механизма, выбор двигателя, расчет его естественных и искусственных характеристик, сопротивлений, расчет и построение кривых переходных процессов, проверка выбранного двигателя, проектирование принципиальной электрической схемы и выбор аппаратуры.

В методических указаниях даются практические рекомендации по выполнению задания на проектирование, приведены необходимые справочные материалы и формулируются требования к оформлению работы.

Необходимым условием успешного выполнения курсового проекта является предварительное изучение основных разделов курса «Электропривод»: механические характеристики электроприводов, регулирование координат электроприводов, основы динамики переходных процессов в электромеханических системах, режимы работы электродвигателей и определение потребной мощности и др. Список литературы позволяющий изучить эти вопросы, приведен в конце методических указаний.

Вариант задания на курсовое проектирование выдается персонально каждому студенту. Выполнение курсового проекта осуществляется в течение семестра и оформляется в соответствие с требованиями, изложенными в настоящих указаниях.

ЗАДАНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ

Задания на курсовое проектирование

Тема курсового проекта и исходные данные определяются согласно шифра задания (табл.1). Первые цифры и буква в шифре обозначают тему и вариант задания, а последние цифры – вариант диаграммы скоростей и ускорений. Тип кинематической схемы и таблицу диаграмм скоростей и ускорений определяют по таблице вариантов заданий.

Темы заданий по курсовому проекту:

· расчет и выбор автоматизированного электропривода с асинхронным двигателем с фазным ротором (буква А в шифре задания);

· расчет и выбор автоматизированного электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения (буква Ш в шифре задания);

Исходные данные для расчета статических нагрузок приведены в таблицах вариантов заданий: масса всех поступательно движущихся частей системы ; маховые моменты рабочих механизмов и барабана ; статические усилия , или моменты сопротивления , в начале и конце рабочего цикла; передаточное отношение механической передачи i; диаметр барабана ; установившаяся скорость рабочих механизмов и установившаяся скорость подъема груза .

В таблицах диаграмм скоростей и ускорений приведены скорость равномерного движения механизма с пониженной скоростью при разгоне; скорость дотяжки при торможении; ускорения на соответствующих участках нагрузочной диаграммы; время равномерного движения t₂, t₄, t₆ и время паузы t₀.

Часть данных принимают в следующих пределах: моменты инерции элементов механической передачи ; ; ; КПД механической передачи .

Технические данные некоторых электрических машинах общего назначения, необходимые при выполнении курсового проекта, приведены в Приложении 2.

Таблица 1. Шифры заданий

Рис.1 Кинематическая схема механизма (а)

Таблица 2. Варианты заданий для кинематической схемы «а»
	Ва-ри-ант	GDI,II2 тc×м2	i	MснI кН×м	MскI кН×м	MснII кН×м	MскII кН×м	n	wуст 1/с
	1A			4,8	4,8	4,8	4,8		12,8
	2A								6,2
	3A		11,5	6,9	6,3				6,7
	4A						8,2		12,6
	5A								5,5
	6A		17,2						3,34
	7A								16,3
	8A								3,6
	9A			10,5		10,5			3,82
	10A								6,2
	1Ш		11,5	14,8	14,8				13,2
	2Ш								6,3
	3Ш		11,5		6,5				6,85
	4Ш		3,34			2,8	2,9		15,7
	5Ш			6,2	6,2				17,5
	6Ш								15,7
	7Ш								6,3
	8Ш		11,5		5,2		5,2		6,85
	9Ш			2,4	2,2				17,5
	10Ш					6,8	6,8		9,8

Таблица 3. Варианты диаграмм скоростей и ускорений для схемы «а»
Ва-ри-ант	w1 1/с	w6 1/с	e1 1/с2	e3 1/с2	e5 1/с2	e7 1/с2	t2 с	t4 с	t6 с	t0 с
	0,5	0,5	0,1	0,5	0,5	0,2
			0,3	0,6	0,6	0,3
	0,8	0,8	0,4	0,9	0,9	0,2
	0,7		0,2	0,6	0,6
		0,6		0,3	0,3	0,1
				0,2	0,2	0,1
7	0,9		0,2	0,6	0,6
				0,5	0,4
	0,8		0,2	0,6	0,6
		0,8		0,7	0,8	0,1
				0,9	0,8
	0,8		0,5	1,2	1,2

Таблица 4. Варианты заданий для кинематической схемы «б»
	Ва-ри-ант	Sm т	i	GDБ2 тc×м2	Fсн кН	Fск кН	DБ м	n	Vуст м/с
	11A		18,5	19,5					6,7
	12A								12,62
	13A								4,15
	14A								3,85
	15A		11,5		3,8	3,8			10,5
	16A								4,25
	17A		11,5						8,95
	18A								3,84
	19A		11,5						12,4
	20A		11,5						12,5
	11Ш								5,72
	12Ш		13,5				1,5		8,2
	13Ш				9,4	9,5			4,72
	14Ш		11,5	4,4	4,2	4,1	3,5		9,5
	15Ш								10,5
	16Ш				4,1	4,1			7,85
	17Ш								7,9
	18Ш								10,5
	19Ш		20,5						5,5
	20Ш				6,5				5,95

Таблица 5. Варианты диаграмм скоростей и ускорений для схемы «б»
Ва-ри-ант	V1 м/с	V6 м/с	а1 м/с2	а3 м/с2	а5 м/с2	а7 м/с2	t2 с	t4 с	t6 с	t0 с
			0,2	0,8		0,2
	0,9	0,9	0,3		0,9	0,3
	0,8	0,8	0,4	0,7		0,2
	0,7		0,2	0,9	0,9
5		0,6				0,2
				0,8	0,9	0,2
	0,9		0,4	0,7	0,7
				0,6	0,6
	0,8		0,4		1,1
		0,8		1,2		0,4
	0,8		0,4	0,6	0,6

Требования к оформлению работы

Курсовой проект оформляется в виде пояснительной записки объемом 25-30 страниц рукописного текста с форматом листов 279х210 мм (А4). Записка должна иметь титульный лист (см. Приложение 1); оглавление с указанием начальных страниц разделов работы; задание с кинематической схемой механизма; введение; основной текст с иллюстрационным материалом и список используемой литературы. Ссылка на литературу в тексте дается только в квадратных скобках, например, [3]. Записка пишется на одной стороне листа с полями по всем четырем сторонам. Размеры левого поля - 32 мм, правого – 10 мм, нижнего и верхнего – 20 мм. Записка выполняется со сквозной нумерацией страниц, начиная с титульного листа. На титульном листе номер страницы не ставится. Номер страницы ставится на расстоянии 10 мм от первой строки текста посередине верхнего поля.

Все расчеты выполняются в системе единиц СИ. Сначала записывается формула в общем виде, затем подставляются численные значения и указывается окончательный результат с соответствующей размерностью. При необходимости дается расшифровка буквенных обозначений в формуле. В ходе решения даются краткие словесные пояснения. Результаты расчетов для удобства могут сводиться в таблицы, которые располагаются по тексту записки. На каждую таблицу в тексте необходимо давать ссылку. Например: «Зависимость скорости двигателя от момента на валу показана в табл.2». Таблицы необходимо давать с заголовками.

Текст записки должен сопровождаться иллюстративным материалом в виде графиков, схем, которые выполняются на миллиметровой или белой нелинованной бумаге. Оси координат вычерчивают сплошными линиями со стрелками на конце, масштабы шкал по осям выбирают равномерными, начиная с нуля, с использованием всей площади графика. Цифры шкал наносят слева от оси ординат и под осью абсцисс. Буквенное обозначение шкалы и единицу измерения пишут над числами шкалы ординат и под осью абсцисс, справа вместо числа шкалы. Рисунки давать с подрисуночной подписью. На каждый рисунок должна быть ссылка в тексте. Например: «На рис.4. изображена нагрузочная диаграмма двигателя». Рисунки, схемы, графики должны иметь сквозную нумерацию.

Графическая часть проекта должна соответствовать заданию и включать в себя при нормальном объеме курсового проекта два листа чертежей формата А1. На чертежных листах приводится: кинематическая схема привода, нагрузочные диаграммы, механические характеристики, графики переходных процессов, электрические схемы и т.д. Схемы и графики на листах должны иметь названия, а листы основную надпись (штамп). Оформление графической части должно соответствовать требованиям ЕСКД и быть выполнено согласно действующим ГОСТам.

На схемах однотипные элементы должны иметь одинаковые размеры (резисторы, катушки реле, контакты и т.д.). На осях координат указываются только принятые в тексте обозначения изображаемых величин; при наличие цифр обязательно указываются единицы измерения в соответствии с принятыми в ГОСТе сокращениями.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Введение

Во введении следует кратко описать область применения, особенности работы и требования к реостатному электроприводу с заданным типом электродвигателя; регулировочные свойства, преимущества и недостатки, возможные способы автоматизации электропривода и требования к системе управления.

Выбор мощности электродвигателя

Нагрузка двигателя – основной фактор, оценивающий потери энергии, выделяющиеся в двигателе, и его нагрев при работе. Согласно основным уравнениям движения она зависит от статической нагрузки и от динамических моментов, обусловленных изменениями скорости электропривода.

Процесс выбора электродвигателя выполняется в три этапа:

· по нагрузочной диаграмме рабочего механизма с грубой оценкой влияния динамических перегрузок осуществляют предварительный выбор двигателя;

· для выбранного двигателя рассчитывают нагрузочную диаграмму двигателя и проверяют двигатель по нагреву;

· если двигатель перегружен или недоиспользуется, по уточненной оценке влияния динамических нагрузок повторяют выбор и проверку вновь выбранного двигателя.

2.1. Ориентировочный выбор электродвигателя.

2.1.1. По заданным кинематической схеме рабочего механизма и электропривода и моментам сопротивлений рабочих механизмов определяют приведенный к частоте вращения вала двигателя статический момент нагрузки в начале и конце рабочего цикла и строят нагрузочную диаграмму рабочего механизма M_c=f(t) (рис.3a). На основании энергетического баланса системы приведенный момент статического сопротивления

для кинематической схемы (а)

(1a)

для кинематической схемы (б)

(2б)

где , - заданные момент и усилие статического сопротивления соответственно в начале и конце рабочего цикла; m, n - число одновременно работающих механизмов и электродвигателей, соответственно; - установившаяся угловая скорость движения рабочего механизма; - установившаяся скорость подъема груза; i и h - соответственно, передаточное отношение и КПД механической передачи; w_уст - установившаяся угловая скорость двигателя, определяемая как (для схемы а), (для схемы б).

2.1.2. По среднему значению приведенного к валу двигателя статического момента определяют требуемую среднюю мощность электродвигателя:

(2)

где - коэффициент запаса, учитывающий влияние динамических моментов и ухудшение вентиляции двигателя (если выбирается двигатель с самовентиляцией) в периоды пауз, разбега и торможения.

При заданной частоте вращения и средней мощности по каталогу выбирают двигатель, у которого ; .

2.1.3. Из каталога выписывают все необходимые данные принятого двигателя, включая момент инерции или маховый момент двигателя. На основании этих данных рассчитывают параметры, необходимые для дальнейших расчетов, и результаты заносят в таблицу.

Технические данные двигателя постоянного тока

Технические данные асинхронного двигателя

При наличии каталожных данных о сопротивлении обмотки якоря R_о.я и сопротивлении добавочных полюсов R_д.п. сопротивление якорной цепи определяется как R_я=R_о.я+R_д.п. В случае если в каталоге сопротивление якоря не указано, то его ориентировочно определяют, принимая, что половина всех потерь в двигателе при номинальной нагрузке связана с потерями в меди якоря

. (3)

Следует учесть, что сопротивление обмоток возбуждения и якорных цепей в каталогах приводится при температуре 15 или 20 ⁰С. Необходимо привести каталожное значение сопротивления к рабочей температуре 80-90 ⁰С, для чего каталожное сопротивление умножается на коэффициент . Для обмоток, выполненных из меди, Ом/⁰С. Например, если разность температур действительной ( ) и каталожной ( ) составляет 70⁰С, то , тогда .

Если в каталоге не приводится номинальный ток якоря I_ном его можно определить, зная сопротивление цепи якоря, из уравнения (3).

Синхронная частота вращения асинхронных двигателей , где f₁ =50 Гц – частота питания, р – число пар полюсов, определяемое из типоразмера двигателя. Обычно число полюсов указывается в конце перед обозначением климатического исполнения и категории размещения. Так двигатель типа АК-82-6У3 имеет шесть полюсов, соответственно р=3.

Если в каталоге для двигателей указывается значение махового момента GD² (кгс×м² или Н×м²), определение момента инерции ротора двигателя выполняется согласно таблице пересчета единиц измерения.

Таблица 6. Пересчет единиц измерения

момента инерции и махового момента*

*Примечание: g = 9,807 м/с²

2.2. Расчет и построение нагрузочных диаграмм двигателя

Наличие номинальных данных позволяет приступить к расчету нагрузочной диаграммы двигателя. При расчете нагрузочной диаграммы для целей проверки двигателя по нагреву можно пренебречь электромагнитными переходными процессами и учесть динамические нагрузки на основе тахограммы привода (диаграммы скорости электропривода) (рис.3b).

2.2.1. Для построения зависимости определяют время разгона и замедления при постоянном ускорении на i-м периоде диаграммы

, (4)

где - начальное и конечное значения угловой скорости двигателя на данном участке; - угловое ускорение (замедление) двигателя на i-м участке диаграммы, определяемое как (для схемы а), (для схемы б).

2.2.2. Нагрузочная диаграмма двигателя M=f(t) (рис.3d) может быть получена в результате суммирования статического и динамического моментов . Поэтому значение требуемого момента на валу двигателя в i-й точке диаграммы определяют из уравнения движения:

, (5)

где M_ci – момент статического сопротивления, J - суммарный момент инерции системы, приведенный к валу двигателя. Для этого предварительно рассчитывают M_ci в i-й точке нагрузочной диаграммы рабочего механизма, соответствующей началу или концу каждого участка тахограммы[1], а так же приведенный момент инерции:

для кинематической схемы (а)

, (6а)

где m – число одновременно работающих механизмов,

для кинематической схемы (б)

, (6б)

где m – масса груза, w_Б – угловая скорость вращения барабана.

2.2.3.Построение диаграммы токов (рис.3e). В приводе с двигателем независимого возбуждения, а так же (при некотором допущении) с асинхронным двигателем с фазным ротором ток якоря (ротора)

. (6)

2.3. Режим работы электропривода

Построенные нагрузочные диаграммы позволяют обосновать и выбрать режим работы двигателя на каждом участке.

Если в период замедления момент положительный, применяют торможение в двигательном режиме. Если момент отрицательный, применяют динамическое торможение.

Если в диаграмме в период замедления тормозной момент , с относительно небольшой ошибкой времени торможения принимают торможение свободным выбегом.

2.4. Проверка выбранного двигателя

2.4.1. Продолжительность включения

, (7)

где полное время цикла работы

. (8)

Когда ПВ³60%, двигатель проверяют как для длительного режима. Если ПВ£ 60%, двигатель выбирают и проверяют как для повторно-кратковременного режима, если ПВ£10%, выбирают как для кратковременного режима работы.

2.4.2. Для проверки выбранного двигателя независимого возбуждения и асинхронного двигателя с фазным ротором по нагреву определяют эквивалентный момент. С учетом небольшой разницы между начальным и конечным моментами в период разгона и замедления:

, (9)

где a = 0,65…0,75; b = 0,33…0,50 - коэффициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения двигателей с самовентиляцией при уменьшении скорости и остановке; если двигатель имеет независимую вентиляцию, a =b = 1; - суммарное время пуска и торможения двигателя; - время работы двигателя с максимальной установившейся скоростью .

Если торможение производят свободным выбегом, в числителе подкоренного выражения моменты (токи), соответствующие участку диаграммы со свободным выбегом, принимают равными нулю.

Выбранный ориентировочно двигатель должен удовлетворять следующим условиям:

или . (10)

2.4.3. Проверка двигателя по условиям допустимой перегрузки. При реостатном пуске асинхронных двигателей с фазным ротором с учетом возможного снижения напряжения в сети необходимо соблюдать условие

, (11)

где - максимальное значение момента из нагрузочной диаграммы; - критический момент; l - перегрузочная способность двигателя.

Для двигателя постоянного тока должно соблюдаться условие

, (12)

где - максимальное значение тока в период пуска по диаграмме; - допустимый ток якорной цепи двигателя (берут по каталогу).

Если двигатель не удовлетворяет условиям проверки, то выбирают двигатель большей мощности, и повторяют п.2.2-2.4.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: