Методические указания по выполнению курсового проекта по пм 01. Организация и выполнение работ по эксплуатации и ремонту электроустановок мдк 01. 02. Электрооборудование промышленных и гражданских зданий

• Название: Методические указания по выполнению курсового проекта по пм 01. Организация и выполнение работ по эксплуатации и ремонту электроустановок мдк 01. 02. Электрооборудование промышленных и гражданских зданий
• Дата: 04.06.2022
• Размер: 236.49 Kb.
• Имя файла: metodicheskie_ukazania.docx
• Тип: Методические указания; #568967
• страница: 2 из 3

2.4 Расчет мощности и выбор электродвигателей основных механизмов

Основным требованием, предъявляемым рабочими механизмами к приводным двигателям, является обеспечение заданной производительности механизма при надлежащей надежности и экономичности работы. Это требование может быть удовлетворено лишь при условии выбора двигателя соответствующей мощности. Для этого надо рассчитать нагрузки привода не только при установившейся работе, но и в периоды переходных режимов. С этой целью рассчитываются и строятся нагрузочные диаграммы, на основании которых производится расчет двигателя на нагрев и дается заключение о его пригодности в данном приводе.

2.4.1 Расчёт мощности и выбор электродвигателей главного привода металлорежущего станка

Прежде чем приступить к расчету и выбору мощности электродвигателей главного привода металлорежущих станков, необходимо изучить главу 4 «Расчет и выбор ЭП металлорежущих станков» (3).

1) Расчёт мощности двигателя, работающего в длительном режиме с постоянной нагрузкой.

1.) Мощность резания определяется по формуле:

P_Z = , кВт

где F_Z – усилие резания, Н;

скорость резания, м/с;

2) КПД стенка определяется как произведение КПД отдельных звеньев кинематической цепи при работе на данной скорости по формуле :

η_ст = η₁ * η₂ * η₃

3) Мощность на валу двигателя главного привода в установившемся режиме с учётом потерь в передачах определяется по формуле:

Р_d = кВт

4) Выбор мощности двигателя производится по условию:

Р_Н Р_Д

при заданной скорости n_c , об/мин.

Технические данные двигателей серии 4А приведены в справочнике.

5) По данным расчётов строится нагрузочная диаграмма (рисунок 2.3).



Рисунок 2.3 - Нагрузочная диаграмма

Проверка двигателя на перегрузочную способность в этом режиме не требуется, так как в течение всего времени работы Рн Pд.

Проверка на нагрев также не требуется, так как нагрузка на валу двигателя не меняется и температура двигателя достигает установившегося значения.

Пример 1.

Скорость резания v =130 м/мин; сила резания F_Z = 2700 Н; КПД на каждом переходе η₁ = 0,8; η₂ = 0,82; η₃ = 0,85; n_C =3000 об/мин

Выбрать двигатель главного привода станка, работающего в длительном режиме с постоянной нагрузкой. Построить нагрузочную диаграмму.

Решение

Определяем мощность резания по формуле:

P_Z = F_Z * v *10^-3 /60

P_Z = 2700*130*10^-3 /60 = 5,86 кВт

2) Определяем КПД станка как произведение КПД отдельных звеньев кинематической цепи при работе на данной скорости:

η_СТ = η₁ * η₂ * η₃;

η_СТ = 0,8 * 0,82 * 0,85 = 0,56

3) Определяем мощность на валу двигателя главного привода в установившемся режиме с учетом потерь в передачах:

Р_Д = P_Z/ η_СТ

Р_Д =5,86/0,56 = 10,5 кВт

4) Производим выбор мощности двигателя по условию:

Р_Н = 11 кВт Р_Д = 10,5 кВт

Условие выполняется. Принимаем двигатель 4А132М2У3, 11 кВт, 2900 об/мин. при заданной скорости n_C =3000 об/мин

5) По данным расчетов строится нагрузочная диаграмма (рис. 2.3)

2) Расчет мощности двигателя, работающего в длительном режиме с переменной нагрузкой.

2.1) Определяется мощность резания на каждом переходе по формуле:

P_Zi = F_Z * v *10^-3 /60, кВт

2.2)Определяется расчетная мощность на валу двигателя на каждом переходе:

Р_Дi = P_Zi/ η_i , кВт,

где η_i – КПД станка на i - переходе

Для определения КПД на каждом переходе условно принимают максимальную мощность резания Pzi.max за номинальную мощность Рн при номинальном КПД станка ηн (значение ηн принимается из исходных данных).

Затем рассчитывают коэффициенты загрузки на каждом переходе:

К_зi =

и определяют коэффициенты постоянных (а) и переменных (б) потерь:

а + б -

Для практических расчётов можно принять, что:

а = 0,6 * (а+б)

б = 0,4 * (а+б)

Тогда КПД станка на каждом переходе определится по выражению:

η_i = 1/ 1 + + б;

Далее определятся расчетная мощность на валу двигателя на каждом переходе по формуле (2.6).

2.3) Мощность на валу двигателя в периоды пауз определяется из выражения с. 154, (3):

Р₀ = а * Р_{Zi max},кВт

где а – коэффициент постоянных потерь,

Р_{Zi max} – максимальная мощность резания



Рис.2.4 Нагрузочная диаграмма.

2.4) По результатам расчётов строится нагрузочная диаграмма (см. рисунок 2.4)

2.5) По построенной диаграмме определяется эквивалентная мощность двигателя за цикл работы:

Р_ЭКВ = , кВт

2.6) Выбор мощности двигателя по условию нагрева производится так:

Р_Н Р_ЭКВ

Технические данные двигателя принимаются по справочнику (7).

2.7) Проверка двигателя на перегрузочную способность необходима в том случае, если его номинальная мощность меньше расчётной мощности Pд.i хотя бы на одном из переходов.

Проверка состоит в сравнении максимального статического момента двигателя (Мст.макс), определённого по мощности Рдi.макс наиболее загруженного перехода, с максимальным допустимым моментом для данного двигателя (Ммакс) с учётом возможного снижения напряжения в сети на 10%.

При условии:

М_макс М_{ст макс}

Выбранный двигатель устойчив к перегрузке.

Определение Ммакс и Мст.макс производится по формулам:

М_макс = М_Н * λ´,

где

М_Н = , Н*м

λ´ - 0,81λ

λ =

Значения Рн, nн, λ = Ммакс/Мн берутся из каталога на электродвигатель.

0,81 – коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения в сети на 10%.

М_сm.макх =

Если условие не выполняется, то необходимо принять двигатель с ближайшей большей мощностью к Рн и вновь выполнить проверку двигателя на перегрузочную способность.

2.4.2 Расчет мощностей и выбор электродвигателей механизма подъема и механизма передвижения мостового крана

Электродвигатели кранов работают в тяжелых условиях (ударная нагрузка, значительные перегрузки, повторно-кратковременный режим работы с частыми пусками и реверсами и т.д.), поэтому к ним предъявляются особые требования в отношении надежности и удобства эксплуатации.

Для привода механизмов кранов выпускаются специальные крановые двигатели повторно-кратковременного режима работы, отличающиеся от двигателей общего применения повышенной прочностью конструкции, увеличенной перегрузочной способностью, более нагревостойкой изоляцией и меньшим моментом инерции ротора за счет уменьшения его диаметра и увеличения длины. Основное конструктивное исполнение кранов двигателей - закрытое, с горизонтальным валом на лапах.

Для выполнения данного расчета необходимо знать:

1) Расчёт мощности двигателя механизма подъема мостового крана.

1.1) Определяется время подъема груза по формуле (время работы) по формуле:

t_P = , мин

где Н – высота подъема, м

– cкорость подъема;

0,75 – коэффициент, учитывающий среднюю высоту подъема;

Время подъёма крюка, спуска крюка и спуска груза принимаем равным времени подъема груза tр (изменение скорости на этих операциях не учитываем, так как двигатель ещё не выбран).

1.2) Определяется продолжительность включения двигателя подъема. Цикл работы механизма подъёма состоит из четырех операций: подъем и спуск груза; подъем и спуск пустого крюка. Эти операции разделяются паузами, во время которых работают механизмы передвижения моста и тележки (см. рисунок 2.43).

ПВ_расч =

t_p - время работы двигателя, мин.

t₀ – время одной паузы, мин.

К значению ПВрасч,%, подбирается ближайшее стандартное значение продолжительности включения ПВном,% из следующего ряда: 15, 25, 40, 60, 100%.

1.3) Определяются статические нагрузки двигателя механизма подъема в следующих режимах:

а) при подъеме номинального груза по формуле:

Р_nн = кВт

где v_n /60 – скорость подъема в м/с;

G_Н – номинальная грузоподъемность, кг

G₀ – вес крюка, кг

η_Н - номинальный КПД механизма;

б) при подъеме пустого крюка по формуле:

Р_n0 = кВт

где η0 - КПД механизма подъема при неполной загрузке, определяется по рисунку 2.6) в зависимости от коэффициента загрузки, равного G0 /(Gн + G0) и номинального КПД механизма подъема η н;

в) при тормозном спуске номинального груза по формуле:

Р_сн = , кВт

Тормозной спуск применяется при опускании средних и тяжелых грузов. Двигатель создает тормозной момент, предотвращающий свободное падение груза;

г) при силовом спуске пустого крюка по формуле:

Р_с0 = , кВт

Силовой спуск имеет место при опускании пустого крана или легких грузов, сила тяжести которых не способна преодолеть силы трения в механизме. В этом случае опускание груза производится двигателем, который создает движущий момент.



Рисунок 2.5. Расчетная нагрузочная диаграмма механизма подъема.

1.4) По значениям Рn.н, Рn.о, Рс.н, Рс.о, tр и t0 строится нагрузочная диаграмма (см. рисунок 2.5), по которой рассчитывается эквивалентная мощность Рэкв за суммарное время рабочих операций, приведенная к ПВном % по формуле:

Р_экв = , кВт



Выбор двигателя производится по условию:

Р_н К_з *Р_ЭКВ

При заданном значении nс и принятом в п. 2 значении ПВном%.

где Кз = 1,1…1,4 - коэффициент запаса, учитывающий дополнительную загрузку двигателя в периоды пуска и электрического торможения.

Технические данные двигателей серии MTF, 4MT, 4МТК приведены в справочнике.

1.5) Выбранный двигатель проверяется по условиям допустимой кратковременной перегрузки по выражению:

0,75*М_мах М_ст.мах

где Ммах - максимальный момент принятого двигателя, Нм;

0,75 - коэффициент, учитывающий для асинхронных двигателей снижение напряжения сети на (10…15) %;

Мст.мах - максимальное значение статического момента на валу двигателя, возможное при эксплуатации и испытаниях крана.

в данной задаче значение Мст.мах определяется по наибольшей из расчетных статических нагрузок Рn.н:

М_ст.мах= , Нм

где nн - номинальная скорость принятого двигателя.

Пример 3.

Номинальная грузоподъемность Gн – 75000 кг; вес крюка G₀ – 3500 кг. Высота подъема Н – 10 м; скорость подъема υ_n – 6,5 м/мин. Номинальный КПД ηн = 0,8. Время одной паузы t₀ = 2 мин. Синхронная скорость двигателя n_c = 1000 об/мин. Напряжение сети 380 В. Рассчитать мощность двигателя механизма подъема мостового крана; выбрать двигатель по каталогу; проверить на перегрузочную способность.

Решение

1) Определяем время подъема груза по формуле (время работы) по формуле:

t_p = = 1,2мин

2) Определяем продолжительность включения двигателя подъема по формуле:

ПВ_расч = = 37,5 %

К значению ПВрасч, %, подбираем стандартное ближайшее значение продолжительности включения, ПВном % = 40 %.

3) Определяем статические нагрузки двигателя механизма подъема в следующих режимах:

а) при подъеме номинального груза по формуле:

Р_nн = = 10,6 кВт

б) при подъеме пустого крюка по:

Р_n0 = = 1,52 кВт

где η₀ = 0,25 в зависимости от коэффициента загрузки, равного

= = 4,5%

и номинального КПД механизма подъема ηн = 0,8;

в) при тормозном спуске номинального груза:

Р_с.н. = = 6,28 кВт

г) при силовом спуске пустого крюка:

Р_с.0 = = 0,75 кВт

4) По значениям Рn.н, Рn.о, Рс.н, Рс.о, tр и tо строим нагрузочную диаграмму (см. рисунок 2.5), по которой рассчитываем эквивалентную мощность Рэкв за суммарное время рабочих операций, приведенная к ПВном % по формуле:

Р_ЭКВ = * = 5,84 кВт

Выбор двигателя производится по условию:

Р_н = 11 кВтк_з Р_ЭКВ =1,3*5,84 = 7,6 кВт

где к_з = 1,3

При заданном значении nс и принятом значении ПВном% принимаем двигатель марки МТН311-6; Рн = 11 кВт; ПВ = 40%; nн = 940 об/мин;

Ммакс = 320 Нм;

5) Выбранный двигатель проверяем по условиям допустимой кратковременной перегрузки по выражению (2.29):

определяем максимальный статический момент по (2.30):

М_ст.мах = 111,76 Нм

0,75*М_мах = 0,75*320 = 224Нм М_ст.мах =111,76 Нм

Двигатель выбран верно.

2.4.3 Расчета мощности и выбор двигателя поршневого компрессора

Компрессоры работают, как правило, в длительном режиме с постоянной нагрузкой, поэтому их электроприводы нереверсивные с редкими пусками. Компрессоры имеют небольшие пусковые статические моменты до 20…25 % от номинального. Изучите §3.7 с. 123…315, (3).

Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора.

1.1) Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора производится по формуле с. 126, (3):

Р_расч = , кВт

где А = - работа изотермического и адиабатического сжатия 1м³ газа от Рн до Рк;

кз – коэффициент запаса, равный 1,05…1,15 и учитывающий не поддающие расчету факторы;

Q/60 – производительность компрессора, м³/с.

1.2) Изотермическое сжатие газа в компрессоре идет при t₀ = const (в процессе сжатия от газа отводится все получающееся тепло, для чего необходимо применять весьма интенсивное охлаждение).

В этом случае работа, затрачиваемая на сжатие 1 м³ газа, определяется по формуле:

А_из = 2,303Р_нlg , Дж/м³

1.3) При адиабатическом сжатии к газу не подводится и от него не отво- дится тепло. При таком процессе работа, затрачиваемая на сжатие 1 м3 газа, определяется по формуле:

А_ad = ,Дж/м³

где к – показатель адиабаты (для воздуха к = 1,4).

Следует отметить, что изотермический и адиабатический процессы идеальные. В реальном компрессоре можно только с той или иной степенью точности говорить о приближении процесса сжатия к изотермическому и адиабатическому, поэтому величина работы и определяется полусуммой работ изотермического и адиабатического циклов.

Пример 5

Производительность одноступенчатого компрессора Q = 10 м3/мин; начальное давление Pн = 1,0 · 105 Па; конечное давление Pк = 4,0 · 105 Па. КПД компрессора ηк = 0,85; КПД передачи ηп = 0,99. Скорость вращения вала nс = 600 об/мин. Рассчитать мощность двигателя поршневого компрессора. Выбрать электродвигатель по каталогу.

Решение

1)Определим изотермическое сжатие газа в компрессоре по формуле:

А_из = 2,303*1,0*10⁵ lg = 138654 Дж/м³

2) Определим адиабатическое сжатие газа в компрессоре по формуле:

А_ad = = 170304 Дж/м³

3)Определим работу сжатия компрессора:

А = = 154479 Дж/м³

4) Определим мощность электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора по формуле:

Р_расч = = 34,8 кВт

5) Выбираем двигатель по условию:

Р_н = 37 кВт Р_расч = 34,8 кВт

Марка 4А250М10У3, Рн = 37 кВт; nн = 590 об/мин;



Рисунок 2.7 – Нагрузочная диаграмма

2.4.4 Расчета мощности и выбор двигателя насосной установки

Насосы относятся к числу механизмов с продолжительным режимом работы и постоянной нагрузкой. При отсутствии электрического регулирования скорости в насосных агрегатах небольшой мощности обычно применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, питаемые от сети 380 В. Для привода насосов мощностью свыше 100 кВт устанавливают асинхронные и синхронные двигатели на 6 и 10 кВ с прямым пуском, т.е. с включением на полное напряжение сети. Для выбора мощности двигателей насосов изучите §3.6 с. 118…123, (3).

Мощность двигателя насоса Рдв, кВт, определяется по формуле:

Р_ДВ =

где ρ - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³;

g = 9,81 - ускорение свободного падения, м/с²;

Q - производительность насоса, м3/с;

Н - статический напор, м;

ηн - КПД насоса, принимаемый: для поршневых насосов - 0,7…0,9; для центробежных насосов с давлением свыше 0,4·105 Па - 0,6…0,75; с давлением до 0,4·105 Па - 0,45…0,6;

ηп - КПД передачи, равный 0,9…0,95;

к_з - коэффициент запаса; рекомендуется принимать его 1,1…1,3 в зависимости от мощности двигателя;

3600 – переводной коэффициент из час в с.

2) По расчетной мощности двигателей выбирается из каталога его номинальная мощность по условию (2.46).

Вопрос о выборе типа двигателя окончательно решается с учетом общих положений и полученной расчетной мощности Ррасч.

Технические данные синхронных двигателей серии СДК и асинхронных двигателей серий, 4А и АИ приведены в справочнике (7).

Двигатель работает в длительном режиме с практически постоянной нагрузкой, поэтому нагрузочная диаграмма будет иметь вид такой же как на рисунке 2.7.