Расчет параметров и построение характеристик электропривода

Расчет параметров и построение характеристик
электропривода

ВВЕДЕНИЕ
1 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И РАБОЧЕЙ МАШИНЫ
1.1Построение естественной механической характеристики
электродвигателя по его каталожным данным и по упрощенной формуле Клосса
1.2 Построение механической характеристики рабочей машины
1.3 Построение искусственной механической характеристики двигателя при пониженном напряжении
1.4 Построение электромеханической характеристики двигателя
2 РАСЧЕТ ПРИВЕДЕННЫХ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВРЕМЕНИ РАЗГОНА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
2.1 Определение приведенного момента инерции электропривода
2.2 Определение времени разгона приводного двигателя и построение кривой разгона
3 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ НАГРЕВА И ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ
3.1 Построение кривой нагрева электрического двигателя
3.2 Построение кривой охлаждения электрического двигателя
4 ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ ПРИ ПУСКЕ И РАБОТЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
4.1 Проверка устойчивости работы при пуске двигателя
4.2 Проверка устойчивой работы электропривода при пуске другого двигателя


5 ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ, АППАРАТОВ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
5.1 Расчет и выбор двигателя методом эквивалентной мощности
5.2 Проверка выбранного двигателя на нагрев методом средних потерь и методом эквивалентной мощности
5.3 Выбор автоматического выключателя и магнитного пускателя
6 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
КОРМОРАЗДАТЧИКА РКС-30000
6.1 Схема управления электроприводом кормораздатчика КРС-3000
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Весь текст будет доступен после покупки

Для современного промышленного производства характерно применение разнообразных машин - производственных агрегатов, состоящих из многих частей, выполняющих различные функции.
Производственный агрегат всегда можно расчленить на три существенно различные части: машину – двигатель, рабочую машину и передаточные устройства между ними.
Двигатель и передаточные устройства служат для приведения в движение рабочей машины и называются приводом.
Важная роль в реализации планов электрификации и механизации сельскохозяйственного производства отводится электроприводу — основному виду привода самых разнообразных машин и механизмов.
Более 60% вырабатываемой в стране электроэнергии потребляется электроприводом. Основные достоинства электропривода:
- малый уровень шума при работе и отсутствие загрязнения окружающей среды;
- широкий диапазон мощностей (от сотых долей ватта до десятков тысяч киловатт) и угловых скоростей вращения (от долей оборота вала в минуту до нескольких сотен тысяч оборотов в минуту);
- доступность регулирования угловой скорости вращения;
- высокий КПД;
- легкость автоматизации и простота эксплуатации.
Электропривод в современном производстве решает широкий спектр задач по преобразованию электрической энергии в различные виды механического перемещения: вращение, прямолинейное поступательное движение, возвратно-поступательное движение, колебательное движение. Для преобразования видов перемещения в электроприводе дополнительно используются различные механизмы (кривошипно-шатунный, кулисный и пр.). Наряду с рядовыми асинхронными двигателями в последнее время получает широкое распространение линейный электропривод, позволяющий получать линейное перемещение без применения дополнительных механизмов, что способствует упрощению конструкции.

Весь текст будет доступен после покупки

РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ И РАБОЧЕЙ МАШИНЫ


1.1 Построение естественной механической характеристики электродвигателя по его каталожным данным и по упрощенной формуле Клосса

Для асинхронного 3-х фазного короткозамкнутого электрического двигателя с номинальной мощностью Рн, включенного на номинальное напряжение сети Uн определим:
- номинальный вращающий момент;
- максимальный момент;
- пусковой момент;
- поминальный ток;
- пусковой ток;
- скольжение при номинальном напряжении;
- мощность, потребляемую из сети при номинальной нагрузке, кВт
- построим механическую характеристику по 5 точкам и по формуле Клосса;
- определим момент сопротивления рабочей машины для расчетных точек скольжений;
- построим искусственную механическую характеристику двигателя при напряжении равном 0,8•Uн;
- построим механическую характеристику рабочей машины, совместив ее с графиком естественной механической характеристики электрического двигателя, определим значение момента при установившемся режиме работы электрического привода;
- построим электромеханическую характеристику электропривода по 5 точкам.
Для наглядности расчетов сведем в таблицу 1.1 технические данные электродвигателя 6А132МА6 по справочникам [1, стр. 101; 2, стр. 210]
Найдём дополнительные технические данные, необходимые для расчетов и представим их в виде таблицы 1.1
Таблица 1.1 Технические данные двигателя
Номинальная мощность Номинальная
частота вращения Коэффициент мощности КПД Кратность Момент
инерции
пускового тока пускового момента максимального момента
Рн, кВт nном, мин-1 cos? ?, % Iп* Мп* Мmax* J, кг • м2
4,0 955 0,78 82,0 5,5 2,2 2,6 0,029
Определяем номинальный вращающий момент:
Н•м, (1.1)
где – номинальная мощность электродвигателя, кВт;
nн–номинальная частота вращения ротора электродвигателя, мин-1.
Определяем максимальный вращающий момент:
Н•м, (1.2)
где Мmax*– кратность максимального момента.
Определяем пусковой момент двигателя:
Н•м, (1.3)
где Мп* – кратность пускового момента.
Определяем номинальный ток двигателя:
. (1.4)
Определяем пусковой ток:
А, (1.5)
где Iп* – кратность пускового тока.
Определяем скольжение при номинальной нагрузке:
, (1.6)
где nн – частота вращения ротора электродвигателя, мин-1;
n1 – синхронная частота вращения магнитного поля статора электродвигателя, мин-1.
Определяем мощность, потребляемую из сети Р1 при номинальной нагрузке:
кВт, (1.7)
где – номинальный КПД электродвигателя.
Определяем скольжение при максимальной нагрузке:
, (1.8)
Определяем синхронную угловую частоту вращения магнитного поля статора:
?0=?•n1/30=3,14•1000/30=104,72 с-1. (1.9)
Аналогично определим угловую частоту вращения магнитного поля статора при номинальном и критическом скольжении.
Результаты расчётов сведём в таблицу 1.2
Таблица 1.2 Данные для построения механической характеристики двигателя по паспортным данным
Параметры Значения параметров
S 1 sкр=0,225 sн=0,045 0
М, Н • м 88 104 40 0
?, рад/с 0 81,16 100,01 104,72
Построим механическую характеристику электрического двигателя по формуле Клосса:
. (1.10)
Находим угловые частоты вращения и соответствующие моменты двигателя при указанных в задании скольжениях для построения механической характеристики электрического двигателя по формуле Клосса:
- при скольжении s = sн=0,045:
?н=104,72•(1 – 0,045) = 100,01 c-1;
Н•м.
Остальные значения угловых частот вращения ? и моментов М находим аналогично. Результаты расчета заносим в таблицу 1.3
Таблица 1.3 Данные для построения механической характеристики двигателя по формуле Клосса
Параметры Значения параметров
s 0 sн=0,045 0,1 0,2 sкр=0,225 0,3 0,5 0,7 1
?, рад/с 104,72 100,01 94,25 83,78 81,16 73,30 52,36 31,42 0,00
М, Н • м 0 40 77,2 103,28 104 99,84 77,84 60,6 44,54
Из построенных механических характеристик видно, что они совпадают только на рабочем участке: от точки холостого хода (s=0) до точки, соответствующей максимальному значению момента.

1.2 Построение механической характеристики рабочей машины

Определяем момент сопротивления рабочей машины для указанных точек скольжения двигателя по формуле
, (1.11)
где i – передаточное число кинематической передачи между валом двигателя и исполнительным органом рабочей машины;
?п – КПД передачи, ?п = 0,93;
Мсо – начальный момент сопротивления рабочей машины;
?с – угловая частота вращения рабочей машины, рад/с;
?сн – номинальная угловая частота вращения рабочей машины;
? – коэффициент, характеризующий изменение момента сопротивления при изменении частоты вращения, ? = 1.
Определяем передаточное число кинематической передачи между валом двигателя и исполнительным органом рабочей машины:
. (1.12)
Определяем начальный момент сопротивления рабочей машины:
Мсо = 0,2•Мсн = 0,2•34,0 = 6,8 Н•м, (1.13)
где Мсн – номинальной момент сопротивления рабочей машины, Мсн = 34,0 Н•м,
Определяем номинальную угловую частоту вращения рабочей машины:
рад/с. (1.14)
Определяем угловую частоту вращения рабочей машины для частот вращения двигателя, указанных в таблице 1.4:
- при ?дв = 104,72 рад/с
рад/с. (1.15)
Аналогично определяем угловые частоты вращения рабочей машины для остальных участков.
По формуле (1.13) для точки скольжения s=0 определяем момент сопротивления рабочей машины:
Н • м.
Остальные расчеты производим аналогично, и результаты расчета сводим в таблицу 1.4.
Механическая характеристика производственного механизма приведена на рисунке 1.1.
Таблица 1.4 Данные для построения механической характеристики производственного механизма
Параметры Значения параметров
S 0 0,045 0,1 0,2 0,225 0,3 0,5 0,7 1
?дв 104,72 100,01 94,25 83,78 81,16 73,30 52,36 31,42 0
?c 57,01 54,44 51,31 45,6 44,18 39,9 28,5 17,1 0
Mc 20,65 19,9 18,98 17,31 16,9 15,65 12,31 8,98 3,98

1.3 Построение искусственной механической характеристики
двигателя при пониженном напряжении

Построим искусственную механическую характеристику двигателя при напряжении равном 0,8 • Uном.
Момент двигателя находится в квадратичной зависимости от напряжения сети при М=88,0 Н•м определим изменения момента при падении напряжения на 20 %.
(1.16)
где М* - значения момента при пониженном напряжении;
U = 0,8 - напряжение пониженное на 20 %;
номинальный момент двигателя.
Подставляя в формулу (1.16) величины моментов при различных величинах скольжения, получаем данные для построения искусственной механической характеристики двигателя. Полученные данные заносим в таблицу 1.5
Таблица 1.5 Данные для построения искусственной механической характеристики
Параметры Значения параметров
s 0 0,045 0,225 1
?дв 104,72 100,01 81,16 0,00
M 0 40 104 88
M' 0 25,6 66,56 56,32
Механические, искусственная и производственного механизма характеристики приведены на рисунке 1.1
Из графиков совместных механических характеристик определили:
- установившийся режим работы электрического двигателя (точка А, ?уст=102,34 рад/с, Муст=20,27 Н•м);
- предложенный асинхронный двигатель обеспечивает работу производственного механизма, так как точка А находится на рабочем участке характеристики;
- при понижении напряжения на 20 % также обеспечивается устойчивая работа и запуск двигателя, так как искусственная механическая характеристика двигателя пересекается с характеристикой производственного механизма на рабочем участке.

Рисунок 1.1 Совместные механические характеристики электропривода: 1 – механическая характеристика двигателя, построенная по паспортным данным; 2 - механическая характеристика двигателя, построенная по формуле Клосса; 3 – искусственная механическая характеристика двигателя; 4 - механическая характеристика производственного механизма.
1.4 Построение электромеханической характеристики двигателя

Для построения электромеханической характеристики воспользуемся зависимостью:
, (1.17)
Где I0 – ток намагничивания двигателя, А;
IН – номинальный ток двигателя, А;
– момент в характерных точках, Н • м;
– момент номинальный, Н • м;
– скольжение в характерных точках;
– номинальное скольжение.
На основе данной зависимости определим характерные точки.
Ток I0 обусловлен током намагничивания двигателя. Его величина по сравнению с величиной номинального тока очень мала, поэтому ей можно пренебречь. Следовательно, выражение (1.17) примет вид:
. (1.18)
При построении электромеханической характеристики воспользуемся паспортными данными двигателя. Для номинального режима
Подставляя в выражение (1.18) соответствующие моменты и скольжения определяем ток обмотки статора. Результаты заносим в таблицу 1.6.
Таблица 1.6 Данные для построения электромеханической характеристики асинхронного двигателя
Параметры Значения параметров
Пусковой Максимальный Номинальный Холостой ход
s 1 0,225 0,045 0
М, Н • м 88 104 40 0
?, рад/с 0,00 81,16 100,01 104,72
I1,А 66,42 34,25 9,5 0
Электромеханическая характеристика двигателя приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 Электромеханическая характеристика электродвигателя
2 РАСЧЕТ ПРИВЕДЕННЫХ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ
ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВРЕМЕНИ РАЗБЕГА ЭЛЕКТРОПРИВОДА


2.1 Определение приведенного момента инерции электропривода

Определим приведенный момент инерции системы и время разбега электродвигателя от неподвижного положения до установившегося частоты вращения.
Момент инерции системы, приведенный к угловой скорости вала двигателя

Весь текст будет доступен после покупки

1. Алиев И. И. Электрические аппараты [Текст]: справочник / И. И. Алиев, М. Б. Абрамов – М. : Изд-во Радио Софт, 2004. – 256 с.
2. Кравчик А. М. Асинхронные двигатели серии 4А [Текст]: справочник / А. М. Кравчик [и др. ]. – М.: Энергоиздат, 2008. – 504 с.
3. Москаленко В. В. Системы автоматизированного управления электропривода [Текст]: учебник / В. В. Москаленко – М. : ИНФРА-М, 2007. – 208 с.
4. Москаленко В. В. Электрический привод [Текст]: учебное пособие / В. В. Москаленко – М. : Мастерство : Высшая школа, 2008. – 368 с.
5. Мухортова Е. И. Условные графические и буквенные обозначения наиболее распространенных электрических схем [Текст]: справочные материалы для дипломного и курсового проектирования / Е. И. Мухортова, Д. Е. Валишин. – Уфа : Издательство БашГАУ. – 2009. – 24 с.

Весь текст будет доступен после покупки