Методические указания по её выполнению рабочим учебным планом для подготовки магистров со сроком обучения 2 года и 5 месяцев по дисциплине Современный энергосберегающий электропривод

Название	Методические указания по её выполнению рабочим учебным планом для подготовки магистров со сроком обучения 2 года и 5 месяцев по дисциплине Современный энергосберегающий электропривод
Дата	05.08.2022
Размер	40.33 Kb.
Формат файла
Имя файла	metodichka.doc
Тип	Методические указания #640828

Раздел 3. ЗАДАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ И

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЮ

Рабочим учебным планом для подготовки магистров со сроком обучения 2 года и 5 месяцев по дисциплине «Современный энергосберегающий электропривод» предусмотрено выполнение одной контрольной работы. Для её выполнения необходимо пользоваться рекомендованной учебной литературой и методическими советами данных методических указаний.

Исходные данные к выполнению контрольного задания выбираются по шифру зачетной книжки студента. Контрольная работа, выполненная не по заданию, не рецензируется и студенту не возвращается.

Работа оформляется с оставлением полей для возможных замечаний и разъяснений рецензента. Изложение должно быть ясным и лаконичным. В начале приводятся формулы в общем виде, с разъяснением входящих физических величин и их размерностей, а затем в них подставляют соответствующие числовые значения и приводится конечный вычисленный результат. Допускается выполнение контрольной работы с использованием персонального компьютера и соответствующего программного приложения. Схемы и графические построения выполняются в формате А4 (размер 297 х 210 мм) и должны отвечать действующим требованиям ЕСКД.

В конце контрольной работы приводится список использованной литературы, указывается примерное время на её выполнение и дата завершения с подписью студента.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

На основании исходных данных, выбираемых далее по шифру зачетной книжки студента, для одномассовой системы электрического привода, состоящей из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, механической передачи и рабочей машины:

1. Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя при номинальном напряжении питания ω=f(Мд) и при снижении питающего напряжения на ΔU% от его номинального значения ω=f(Мдu).

2. Рассчитать и построить на том же графике механическую характеристику рабочей машины, приведенную к частоте вращения вала электродвигателя, ω=f(Мс).

3. Определить продолжительность пуска электропривода с нагрузкой и снижении напряжения питания при пуске на ΔU% от его номинального значения.

4. На основании расчета по п.3 рассчитать потери энергии в асинхронном двигателе при пуске: а) с нагрузкой и б) без нагрузки и сопоставить их значения в количественном соотношении.

5. На основании результатов расчета по п.4 рассчитать, исходя из допустимого нагрева электродвигателя, предельно-допустимую частоту включения электропривода при ПВ=50% и пуске: а) с нагрузкой и б) без нагрузки.

Изменение момента статического сопротивления от нагрузки со стороны рабочей машины на валу электродвигателя от частоты вращения вала принять по зависимости:

Мс = Мсо + (Мсн - Мсо)( n /nн )^Х. (1.1)
В контрольном задании приняты следующие условные обозначения различных величин:

Pн - номинальная мощность электродвигателя (на валу), кВт;

n_Н - номинальная угловая скорость вращения вала электродвигателя, об/мин;

Мк = Мк/Мн, Мп = Мп/Мн, Мм = Мм/Мн - соответственно кратности максимального, пускового и минимального вращающих моментов электродвигателя по отношению к его номинальному моменту;

Iп = Iп/Iн - кратность пускового тока электродвигателя по отношению к номинальному значению;

η_Н - номинальный КПД электродвигателя, %;

ΔUп%- снижение напряжения при пуске электропривода от номинального значения, %;

Jд - момент инерции ротора электродвигателя, кгм²;

FJ = J/Jд - коэффициент инерции электропривода;

Мсн = Мсн/Мн - загрузка двигателя электропривода по вращающему моменту при номинальной частоте вращения;

Мсо = Мсо/Мсн - относительный начальный момент статического сопротивления рабочей машины;

х - показатель степени, характеризующий изменение момента статического сопротивления рабочей машины от частоты вращения вала.
По СУММЕ ДВУХ ПОСЛЕДНИХ ЦИФР шифра зачетной книжки студента принимаются данные из Таблицы 1, а по ПОСЛЕДНЕЙ ЦИФРЕ - исходные данные из Таблицы 2.

Таблица 1

Технические данные трехфазных асинхронных двигателей единой серии 4А основного исполнения (У3) с синхронной частотой вращения n_О=1500 об/мин и напряжением питания 380/220 В.

№пп	Тип двигателя	Рн, кВт	n_Н, об/мин	cos _H	_H_{, %}	Iп/Iн	Мп/Мн	Мк/Мн	Мм/Мн	Jд, кгм²	Масса, кг
0	4А71А4	0,55	1390	0,7	70,5	4,5	2,0	2,2	1,8	0,0013	15,1
1	4А71В4	0,75	1390	0,73	72	4,5	2,0	2,2	1,8	0,0014	16,1
2	4А80А4	1,1	1420	0,81	75	5	2,0	2,2	1,6	0,0032	17,4
№пп	Тип двигателя	Рн, кВт	n_Н, об/мин	cos _H	_H_{, %}	Iп/Iн	Мп/Мн	Мк/Мн	Мм/Мн	Jд, кгм²	Масса, кг
3	4А80В4	1,5	1415	0,83	77	5	2,0	2,2	1,6	0,0033	20,4
4	4А90L4	2,2	1425	0,83	80	6	2,1	2,4	1,6	0,0056	28,7
5	4А100S4	3,0	1435	0,83	82	6	2,0	2,4	1,6	0,0087	36,0
6	4А100L4	4,0	1430	0,84	84	6	2,0	2,4	1,6	0,011	42,0
7	4А112М4	5,5	1445	0,85	84,5	7	2,0	2,2	1,6	0,017	56,0
8	4А132S4	7,5	1455	0,86	87,5	7,5	2,2	3,0	1,7	0,028	77,0
9	4А132М4	11,0	1460	0,87	87,5	7,5	2,2	3,0	1,7	0,04	93,0
10	4А160S4	15,0	1465	0,88	89	7	1,4	2,3	1,0	0,1	135,0
11	4А160М4	18,5	1465	0,88	90	7	1,4	2,3	1,0	0,13	160,0
12	4А180S4	22,0	1470	0,9	90	6,5	1,4	2,3	1,0	0,19	175,0
13	4А180М4	30,0	1470	0,89	91	6,5	1,4	2,3	1,0	0,23	196,0
14	4А200М4	37,0	1475	0,9	91	7	1,4	2,5	1,0	0,37	270,0
15	4А200L4	45,0	1475	0,9	92	7	1,4	2,5	1,0	0,45	310,0
16	4А225М4	55,0	1480	0,9	92,5	7	1,3	2,5	1,0	0,64	375,0
17	4А250S4	75,0	1480	0,9	93	7	1,2	2,3	1,0	1,0	490,0
18	4А250М4	90,0	1480	0,91	93	7	1,2	2,3	1,0	1,2	535,0

Примечание. Класс нагревостойкости изоляции для электродвигателей с высотами оси вращения (число после марки 4А) 50...132 мм — «В», а 160...250 мм — «F».
Таблица 2

Исходные данные к выполнению контрольной работы, выбираемые по ПОСЛЕДНЕЙ ЦИФРЕ шифра зачетной книжки студента.

Последн. цифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
∆Uп%, %	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5
FJ	20	18	16	14	12	10	8	6	4	2
Mсн	1	1	1	0.95	0.9	0.9	0.9	0.8	0.8	0.8
Мсо	0.2	0.2	0.25	0.25	0.3	0.3	0.4	0.5	1.0	1.0
х	2	2	2	1.5	1.5	1	1	1	0	0

МЕТОДИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙРАБОТЫ
К пункту 1

Механическая характеристика ω=f(Мд) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, рассчитанная с использованием формулы Клосса, из-за существенного изменения его параметров при изменении скольжения дает весьма значительные погрешности в пусковой части характеристики /1-3/. Поэтому ее целесообразно строить на основании расчета его характерных вращающих моментов для частот вращения, соответствующих скольжениям:

0; S=Sн; S=Sк; 0.8 и 1.

При S=0 вращающий момент двигателя Мд=0.

Для номинального режима работы двигателя:

Sн = (n_О – n_Н) / n_О, (1.2)

Мн = Pн / ω_Н , (1.3)

где Pн - номинальная мощность двигателя, Вт; ω_Н = 0.105n_Н - номинальная угловая скорость вращения двигателя, 1/с (n_Н - его номинальная частота вращения, об/мин ).

Максимальный (критический) вращающий момент Мк асинхронного двигателя имеет место при критическом скольжении Sк, рассчитываемом на основании уточненной формулы Клосса:

Мк = МнМк, (1.4)

. (1.5)
Вращающий пусковой момент Мп двигателя при S=1 (n = 0, ω = 0) и его минимальный вращающий момент Мм, имеющий место при S=0.8, рассчитываются на основании соответствующих их паспортных кратностей по отношению к номинальному моменту:

Мп = МнМп, (1.6)

Мм = МнМм. (1.7)
Переход от скольжения S к частоте вращения ω производится по формуле:

ω = ωо(1-S). (1.8)
При частоте тока питающей сети 50 Гц ωо = 314/p = 0.105nо, где p - число пар полюсов обмотки статора двигателя, равное целой части числа, полученного от деления 3000/nн.

Данные расчета механических характеристик асинхронного двигателя по указанным характерным точкам при номинальном напряжении питания ω=f(Мд) и при снижении питающего напряжения ω=f(Μдu) свести в таблицу. При этом перерасчет вращающих моментов асинхронного двигателя для фиксированных частот вращения производится по формуле:
Мдu = Мд(U/Uн)², (1.9)
где U/Uн - относительное значение питающего напряжения в долях от номинального, равное U/Uн = 1 - ∆U%/100.

При построении механических характеристик ω=f(Мд) и ω=f(Мдu) значения частот вращения  располагают по оси ординат (функция), а значения моментов М - по оси абсцисс (аргумент).
К пункту 2

Для расчета и построения механической характеристики рабочей машины ω=f(Мс) используется формула Бланка в виде соотношения (1.1). Необходимые при этом значения моментов номинального Mсн и начального Мсо, создаваемые нагрузкой на валу двигателя, определяются на основании исходных данных по нагрузке электропривода:

Мсн = МнМсн, (1.10)

Мсо = МснМсо, (1.11)
где Мн - номинальный вращающий момент двигателя, рассчитанный по (1.3), Нм.

Давая в формуле (1.1) переменной n/nн значения от 0 до 1, что соответствует аналогичному изменению переменной ω/ωн от 0 до 1, рассчитывают механическую характеристику рабочей машины ω = f(Μс). Результаты расчета сводятся в таблицу и по ним на том же графике с механическими характеристиками ω=f(Мд) и ω=f(Мдu) двигателя строится механическая характеристика ω=f(Мс) рабочей машины, приведённая к частоте вращения вала электродвигателя.
К пункту 3

Для определения продолжительности пуска электропривода с нагрузкой и учетом снижения напряжения при пуске необходимо определить и построить кривую избыточного момента, действующего в процессе разгона электропривода /1-3/. С этой целью необходимо для фиксированных частот вращения, используя графики механических характеристик, от значения вращающего момента двигателя Мдu вычесть значение момента статического сопротивления со стороны нагрузки Мс. Тем самым, определится значение избыточного момента Ми = Мдu - Мс, действующий в системе электрического привода для рассматриваемой частоты вращения.

Рассчитав и построив кривую изменения избыточного момента Ми=f(ω), действующего при пуске электропривода, по оси ω интервал разгона от 0 до ωн разбивают примерно на 4 – 6 участков частот вращения, на которых для каждого i-го участка с перепадом скорости ∆ωi изменяющийся избыточный момент заменяется средним Мисi. В результате плавная кривая избыточного момента Ми будет представлена ступенчатой функцией с фиксированными средними значениями избыточного момента Мисi. (Если на каком-либо интервале разгона Ми <= 0, то очевидно следует заключение, что электропривод при имеющихся заданных условиях не запустится.)

Продолжительность разгона электропривода на каждом участке частот вращения рассчитывается по формуле:
∆ti = J( ∆ωi/Μисi ), (1.12)
где J = JдFJ - рассчитываемый на основании исходных данных момент инерции движущихся частей электропривода, кгм².

Полная продолжительность пуска электропривода определится суммированием частичных m продолжительностей:
t_П = ∆t₁ + ∆t₂ + … + ∆t_m. (1.13)
Результаты расчета в окончательном виде свести в таблицу.
К пункту 4

Потери энергии при пуске асинхронного электропривода связаны, прежде всего, с существенным изменением электрических потерь в обмотках двигателя, которые прямо пропорциональны квадрату силы тока и продолжительности пуска. В системе СИ основная единица измерения потерь энергии Дж = Вт*с. Для расчёта потерь энергии в асинхронном двигателе при его пуске с нагрузкой целесообразно воспользоваться обобщенной расчетной формулой /1,2/:

, (1.14)
где  - коэффициент потерь, равный отношению постоянных потерь мощности двигателя к переменным. Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором общего применения этот коэффициент в среднем равен  = 0.6.

Потери энергии (Дж) при пуске электропривода без нагрузки не зависят от напряжения питания и их можно рассчитывать, не прибегая к предварительному определению продолжительности пуска /1-3/:
∆Апо = Jω_О². (1.15)
Количественное сопоставление потерь энергии при пуске асинхронного электропривода с нагрузкой и без нагрузки выразить в виде их отношения:
k_А = ∆Ап /∆Апо. (1.16)
К пункту 5

Исходя из допустимого нагрева, для любого двигателя электропривода существует предельная частота включений (пусков) в единицу времени. Для асинхронных электроприводов, работающих после пуска с нагрузкой близкой к номинальной, эта предельно-допустимая частота включений hпд (вкл./ч) рассчитывается по формуле /1.17/:

, (1.17)
где ∆Pн = Pн(1-1/ηн) - номинальные потери мощности в двигателе, Вт; βо - коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи электродвигателей с самовентиляцией в отключенном состоянии. Для асинхронных двигателей закрытого исполнения принимается βo = 0.5.

Расчет по (1.17) выполнить дважды с использованием соответствующих значений потерь энергии при пуске а) с нагрузкой ∆Ап и б) без нагрузки ∆Апо.

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел 1. Общие методические указания………………………….….. 3
Раздел 2. Содержание учебных модулей дисциплины и методические указания по их изучению………………………………………… ….…7
Раздел 3. Задание для контрольной работы и методические указания по её выполнению……………………………………………….………… 10