электропривод. Дисциплина Электропривод расчетнопояснительная записка к контрольной работе

• Название: Дисциплина Электропривод расчетнопояснительная записка к контрольной работе
• Анкор: электропривод
• Дата: 22.12.2022
• Размер: 108.47 Kb.
• Имя файла: Elektroprivod.docx
• Тип: Пояснительная записка; #858716

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВО «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ»

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра «Энергообеспечение сельского хозяйства»

Дисциплина «Электропривод»


РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

Выполнил студент __ курса

Фамилия

группы ______ Имя

(подпись) Отчество


Руководитель проекта

______________________ ___ И.О. Фамилия (уч. степень, уч. звание, должность) (подпись)

Тюмень – 2022

Данные по вариантам
Исходные данные для проведения расчётов берутся из таблиц №1 (по предпоследней цифре номера зачётной книжки) и №2 (по последней цифре номера зачётной книжки). Значение «0» в номере зачётной книжки соответствует номеру варианта «10».
Таблица №1 – Технические данные рабочей машины

№ варианта	nрм.н	Mрм.о	Mрм.н	G∙D2рм	x	ηпер
	об/мин	Н∙м	Н∙м	кг∙м2	-	-
1	242	15	150	4,8	1	0,7
2	230	20	170	3,9	1	0,75
3	150	12	130	4,6	1	0,72
4	400	18	180	4,2	1	0,74
5	320	16	150	5	1	0,8
6	356	19	140	5,2	1	0,84
7	212	14	120	4,4	1	0,82
8	298	11	190	4,8	1	0,77
9	300	15	170	3,9	1	0,7
10	458	20	130	4,6	1	0,75

Таблица № 2 – Технические данные электродвигателя

№ п/п	Тип двигателя	Мощность, кВт	Частота вращения, об/мин	n0	КПД	cos φ	iП	mП	mМ	mК	tПО, с	Момент инерции ротора, кгм2
1	4А132М2УЗ	11	2931	3000	0,88	0,90	7,5	1,7	1,5	2,8	0,1	0,023
2	4А160S2УЗ	15	2937		0,88	0,91	7	1,4	1,0	2,2	0,2	0,048
3	4А160М2УЗ	18,5	2937		0,88	0,92	7	1,4	1,0	2,2	0,22	0,053
4	4А180S2УЗ	22	2943		0,89	0,92	7,5	1,4	1,1	2,5	0,23	0,07
5	4А160М4УЗ	18,5	1467	1500	0,9	0,88	7	1,4	1	2,3	0,13	0,13
6	4А180S4УЗ	22	1470		0,90	0,90	6,5	1,4	1	2,3	0,14	0,19
7	4А180М4УЗ	30	1472		0,91	0,89	6,5	1,4	1	2,3	0,15	0,23
8	4А200М4УЗ	37	1475		0,91	0,90	7	1,4	1	2,5	0,37	0,18
9	4А200М6УЗ	30	977	1000	0.91	0.89	6,5	1,3	1	2,4	0,4	0,13
10	4А200L6УЗ	37	979		0.92	0.89	6,5	1,3	1	2,4	0,45	0,12

1.1 Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя по пяти точкам
Каждая точка механической характеристики имеет две координаты: угловая скорость ω и момент, развиваемый электродвигателем, М.

Точка 1: координаты - ω_о, М₀=0.

, (1)

где ω_о – угловая синхронная скорость, рад/с;

n₀ – синхронная скорость, об/мин (таблица №2).

, ω0 = = 157

Точка 2: координаты – ω_Н, М_Н.

, (2)

ωн = 157(1-0,7)=47,1

, (3)

Мн= = 0,46

где ω_Н – угловая номинальная скорость, рад/с;

S_Н = (n₀ – n)/n₀ – номинальное скольжение;

М_Н – номинальный момент, Н∙м;

Р_Н – номинальная мощность двигателя, Вт (таблица №2).

Точка 3: координаты – ω_К, М_К.

, (4)

Мк= 2,3*0,46= 1,06

, (5)

ωк = 157(1-(-3,45) =698,6

где ω_К – угловая скорость, соответствующая критическому моменту, рад/с;

S_К – критическое скольжение, определяемое по формулам:

– для электродвигателей мощностью до 20 кВт;

Sк = = = 3,45

- для электродвигателей мощностью более 20 кВт.

М_К – критический момент, Н∙м;

m_К – кратность критического момента (таблица №2).

Точка 4: координаты – ω_М, М_М.

, (6)

1*0,51 = 0,51

, (7)

ωм = 104(1-0,85) = 15,6

где ω_М - угловая скорость, соответствующая минимальному моменту, рад/с;

S_М – минимальное скольжение, S_М =0,85…0,87;

М_М – минимальный момент, Н∙м;

m_М – кратность минимального момента (таблица №2).

Точка 5: координаты – ω_П=0, М_П.

, (8)

Мп = 1,4*0,51 = 0,714

где М_П – пусковой момент, Н∙м;

m_П – кратность пускового момента (таблица №2).

Результаты расчета точек сводим в таблицу №3.

1.2 Расчет механической характеристики по формуле Клосса
Формула Клосса имеет следующий вид:

, (9)

Мi= = 0,71

Принимаем ε = S_к.

Задаемся S_i: 0, S_Н, 0,8S_К, S_К, 1,2S_К, 0,6, 0,7, S_М, 1.

Значения критического скольжения S_К и момента М_К принимаем из предыдущих расчётов механической характеристики.

Подставляем в формулу (9) значения S_iиз вышеприведённого ряда значений, рассчитываем значения моментов М_iи сводим результаты в таблицу №3.
1.3 Расчет электромеханической характеристики
Точка 1: имеет координаты – ω₀, I₀.

, (10)

Iо = 35(0,71- = 19,5

, (11)

Iн = = 0,02

, (12)

Sin𝛗н = 0,4

где I_о – ток на холостом ходу, А;

I_Н – номинальный ток, А;

U_Н = 380 – номинальное напряжение, В;

η_Н – КПД при номинальной скорости (таблица №2);

cosφ_Н – коэффициент мощности при номинальной скорости (таблица №2).

Значение скоростей ω₀, ω_Н, ω_К берём из предыдущих расчётов механической характеристики электродвигателя по пяти точкам.

Точка 2: имеет координаты – ω_Н, I_Н (формула 11).

Точка 3: имеет координаты – ω_К, I_К.

, (13)

Iк= 0,7*6,5 = 4,55

, (14)

Iп = 7*0,02 = 0,14

где I_П – пусковой ток, А;

I_К –ток при критическом моменте, А;

i_П – кратность пускового тока (таблица №2).

Точка 4: имеет координаты – ω_П=0, I_П (формула 14).

Данные расчетов сводим в таблицу №3.
1.4 Расчет механической характеристики при понижении напряжения на 25%
Как известно, снижение напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя приводит к снижению момента на валу. Данная зависимость отображается с помощью нижеприведённой формулы

, (15)

Ми = 15*(1- 8,4

где ΔU = 25 – падение напряжения на зажимах электродвигателя, %;

М_j – момент двигателя при номинальном напряжении, Н∙м;

Значения данного момента берутся из расчётов механической характеристики асинхронного двигателя и принимаются равными М₀, М_Н, М_К, М_М и М_П.

М_u – момент двигателя при пониженном на ΔU напряжении, Н∙м.

Расчеты точек сводим в таблицу №3.
2. Расчет механической характеристики рабочей машины
Момент сопротивления рабочей машины, приводим к валу электродвигателя:

, (16)

Мс= = 26

, (17)

, (18)

где ω_рм.н – угловая номинальная скорость вала рабочей машины, рад/с;

n_рм.н – номинальная скорость вала рабочей машины, об/мин (таблица №1).

М_рм.н - момент сопротивления рабочей машины при номинальной частоте вращения, Н∙м (таблица №1);

М_рм.о - момент сопротивления рабочей машины, не зависящий от скорости, Н∙м (таблица №1);

i_р – передаточное отношение редуктора между двигателем и рабочей машиной;

η_пер – КПД передачи между двигателем и рабочей машиной (таблица №1);

х – степень уравнения (таблица №1).

ω_i – угловая скорость электродвигателя, рассчитанная в пункте 1.1 и принимаемая равной ω₀, ω_Н, ω_К, ω_М и ω_П.

Расчеты точек сводим в таблицу №3.

Таблица №3 – Расчетные данные к построению механической и электромеханической характеристик асинхронного двигателя

Расчётное скольжение				0		SН=		0,8SК=		SК=		1,2SК=		0,6		0,7		SМ=		1
скорость	ω	рад/с	157		163		-		132		-		-		-		21		0
пункт 1.1	М	Н∙м	0		60		-		827,39		-		-		-		58		74
пункт 1.2	Мi	Н∙м	0		72		98		99		97		34		31		25		20
пункт 1.3	I	А	24,45		61		-		130		-		-		-		-		168
пункт 1.4	МU	Н∙м	0		32		-		51		-		-		-		27		34
пункт 2	МС	Н∙м	20		20		-		21		-		-		-		4		1

В первую строку (расчётное скольжение) заносятся значения скольжений из пункта 1.2. Во вторую строку (скорость) заносятся значения скорости двигателя из пункта 1.1. Остальные строки заполнятся из соответствующего пункта расчётов. Ячейки с прочерком не заполняются.

По результатам расчетов, приведенных в таблице №3, далее построим заданные графики.

3 Построение пусковой нагрузочной диаграммы
3.1 Суммарный приведенный момент инерции:

, (19)

J рм= = 1,25

, (20)

J= 1,1*0,13+ = 0,02

где GD²_рм – маховой момент инерции рабочей машины, кг∙м² (таблица №1);

k = 1,1 – коэффициент, учитывающий момент инерции передачи от двигателя к рабочей машине;

J_д – момент инерции двигателя, кг∙м² (таблица №2);

J_рм – момент инерции рабочей машины, кг∙м².

По данным пунктов 1.1, 1.3 и 2 во втором квадранте системы координат, необходимо построить механическую М(ω) (далее М_Д(ω)) и электромеханическую I(ω) характеристики электродвигателя, механическую характеристику рабочей машины М_C(ω) и определить установившуюся скорость ω_у (точку пересечения механических характеристик электродвигателя и рабочей машины)(рис.1). Скорость ω_у определяется на графике при равенстве моментов двигателя и рабочей машины, т.е. М_Д = М_C .

Отрезок оси от 0 до ω_у, необходимо разделить на 6...8 и более отрезков 0-1; 1-2; 2-3 и т.д. Через точки 1, 2, 3 и т.д. проводим прямые, параллельные оси моментов и времени. Для каждой скорости ω₁, ω₂, ω₃ … по графикам М_Д(ω) и М_C(ω) определить значения моментов двигателя М_П, M₁₁, М₁₂... и значения моментов сопротивления М_ТР, М₂₁, М₂₂… и внести их в таблицу 4.

Рассчитать динамический момент системы М_ДИНi = М_Дi - М_Сi для каждого i значения скорости. Допустим для ω₂: М₄₂ = М₁₂- М₂₂. По данным расчетов построить график М_ДИНi(ω). Операция определения М_ДИН часто выполняется графическим способом. Так, на рисунке для каждого значения скорости, допустим ω₃ замеряется отрезок 3-13, равный моменту двигателя М₁₃ из него вычитается отрезок 3-23 момента М_C = М₂₃. Динамический момент на скорости ω₃ равен М₄₃. Отрезки 3-23 и 43-13 равны.

Таблица №4 – Результаты расчетов нагрузочных диаграмм при пуске двигателя и рабочей машины

Точка i			0	1	2	3	4	5	6
1	скорость ωi	рад/с	0	ω1	ω2	ω3	ω4	ω5	ω6
2	∆ ωi	рад/с	0	∆ ω1	∆ ω2	∆ ω3	∆ ω4	∆ ω5	∆ ω6
3	МДi	Нм	MП п	М11	М12	М13	М14	М15	М16
4	МCi	Нм	МТР тр	М21	М22	М23	М24	М25	М26
5	МДИН.i	Нм	МНО но	М41	М42	М43	М44	М45	М46
6	МДИН.СР	Нм	0	М90	М91	М92	М93	М94	М95
7	∆ti	с	0	∆ t1	∆ t2	∆ t3	∆ t4	∆ t5	∆ t6
8	Ii I	А	IП п	I31	I32	I33	I34	I35	I36
9	ti	с	0	t1	t2	t3	t4	t5	t6

Рис. 1 – Графоаналитический метод построения нагрузочных диаграмм

Обратите внимание. При определении динамического момента очень часто в расчеты могут не попасть M_М и М_K, поэтому необходимо специально проверить и достроить динамические моменты при ω_K и ω_М графическим способом.

Меняющийся динамический момент системы на каждом участке скорости заменяем постоянным - средним. Например, на участке 4-5 переменный динамически момент между точками 44 и 45 заменяем постоянным М_ДИН.СР4. Правило замены - косоугольная трапеция, образованная точками 4-44-45-5 заменяется равной ей по площади прямоугольной. Обычно площади этих четырехугольников не определяют, а сравнивают между собой площади отсекаемых треугольников или других сложных фигур (заштрихованных в данном случае). Если рассматриваемый участок близок к прямой линии, как например 42-43, то М_ДИН.СР = 0,5(М₄₃+ М₄₂). Результаты расчетов заносим в таблицу.

Некоторые пояснения к этой таблице. Значения приращения скорости во второй строке определяется как разность между двумя соседними участками скорости ω_i и ω_i-1. Например, если i = 2, то ∆ ω₂ =ω₂ - ω₁.

Ток I_i моменты М_Дi двигателя и М_Ci рабочей машины соответствуют скорости ω_i и определяются из диаграммы. Например, для скорости ω₂:

М_Д2 = М₁₂, М_С2 = М₂₂, I₂ = I₃₂

1	ωi	рад/с	0	50	100	150	200	250	300
2	Δωi	рад/с	0	50	50	50	50	50	50
3	Mдв.i	Н∙м	127	99	125	150	175	200	150
4	Mс.i	Н∙м	1,5	6	10	10	18	22	25
5	Mдин.i	Н∙м	34	50	75	120	150	170	135
6	Mдин.ср. i	Н∙м	0	42	62	98	135	160	175
7	Δt i	с	0	0,24	0,16	0,1	0,08	0,06	0,06
8	Ii	А	366	331	296	261	226	191	135
9	t i	с	0	0,24	0,4	0,51	0,58	0,65	0,70

Время изменения скорости двигателя на Δω:

(21)

Δt= 0,02* = 1,1

Суммарный момент инерции J_Σ принимаем из пункта 3.

Суммарное время разгона электродвигателя определяем по формуле:

(22)

В результате расчетов и заполнения таблицы получают все необходимые данные для построения нагрузочных диаграмм в первом квадранте. Кривая зависимостей скорости от времени ω(t) строится по данным 1 и 9 строчек, нагрузочные диаграммы двигателя М_Д(t) – по данным 3 и 9 строчек, I(t) – по данным 8 и 9 строчек, рабочей машины M_С(t) – по данным 4 и 9 строчек.

Приведённая методика построения нагрузочных диаграмм очень формализована и в ней слабо отражены представления о физике процесса разгона, торможения двигателя. По мере накопления опыта построения подобных диаграмм, решение подобных задач упрощается. Все операции по определению М_Дi, М_Ci и М_ДИН.i обычно выполняются без таблиц сразу непосредственно на графике. Далее рассчитывают значение приращения времени на первом участке изменения скорости от 0 до ω₁. Полученное значение откладывают от 0 на оси времени и проводят линию 0-51, которая есть ω(t) на участке от 0 - ω₁,. Затем рассчитывают , откладывают это значение после и проводят линию 51-52 и т.д. до ω_y. Значения и М_ДИН.СР берут непосредственно во втором квадранте.

По полученному графику ω(t) строят необходимые для дальнейших расчетов диаграммы. Порядок их построения аналогичный: например необходимо построить нагрузочную диаграмму двигателя M(t) в период пуска. Для построения необходимо иметь 6...7 точек. Построение одной из них, например М_Х, показано на рисунке пунктиром и стрелками. Необходимо помнить, что значения М_Х в первом и втором квадрантах одинаковы.

Замечания к порядку построения:

1.Если при построении нагрузочной характеристики пропустили характерную точку, как например, на рисунке критический момент М_К не попал в расчеты, то необходимо достроить его, как это показано, пунктиром.

2.Величины М_П, М_М, М_К, М_Н, I_П и I_Н в первом и втором квадрантах, должны быть равные и соответствовать одним и тем же скоростям.

3.Расчетное время пуска t_П системы должно быть больше времени пуска двигателя на холостом ходу t_ПО.

4. Обратите внимание на то, чтобы в момент времени t_П значения скорости, тока и моментов достигли установившихся значений (но не позднее и не раньше).
4 Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя
Потери энергии в двигателе при пуске на холостом ходу:

, (23)

Апо= 0,12*

При торможении противовключениемотω_о до 0 на холостом ходу:

, (24)

Ампо = 3*0,12*

Потери энергии при пуске с нагрузкой:

, (25)

Ап = 0,81* 18*49*0,2= 17,9

где α = 0,6 – коэффициент, учитывающий способ пуска.

Литература

1.Бурков, А.Ф. Судовые электроприводы: Учебник / А.Ф. Бурков. - СПб.: Лань, 2019. - 372 c.

2.Васильев, Б.Г. Электропривод.Энергетика электропривода: Учебник / Б.Г. Васильев. - М.: Солон-пресс, 2015. - 268 c.

3.Васильев, Б.Ю. Электропривод. Энергетика электропривода / Б.Ю. Васильев. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2015. - 268 c.

4.Епифанов, А.П. Электропривод в сельском хозяйстве: Учебное пособие / А.П. Епифанов, А.Г. Гущинский, Л.М. Малайчук. - СПб.: Лань, 2016. - 224 c.

5.Курбанов, С.А. Основы электропривода: Учебное пособие / С.А. Курбанов, Д.С. Магомедова. - СПб.: Лань П, 2016. - 192 c.

6.Москаленко, В.В. Системы автоматизированного управления электропривода / В.В. Москаленко. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2016. - 208 c.

7.Москаленко, В.В. Системы автоматизированного упр. электропривода: Уч. / В.В. Москаленко. - М.: Инфра-М, 2018. - 576 c.

8.Неменко, А.В. Механические компоненты электропривода машин: расчет и проектирование: Учебное пособие / А.В. Неменко. - М.: Вузовский учебник, 2017. - 80 c.