Вагитов 73 контрольная работа. Министерство се
 Скачать 56.77 Kb.
|
|
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
Тюмень–2020
Содержание Введение Электрический привод представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию различных технологических и производственных процессов в промышленности и в сельском хозяйстве, на транспорте и т. д. с использованием механической энергии. Значение электропривода состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управления этим движением. Электропривод, являясь энергетической основой реализации технологических и производственных процессов, во многом определяет их качество, энергетические и технико-экономические показатели. Электропривод является основным потребителем электрической энергии, поэтому от правильности его выбора зависит экономичность и надежность работы сельскохозяйственных машин. Преобладающее количество рабочих машин, применяемых в сельском хозяйстве, имеют электрический привод различного типа, конструкции и режима работы с простейшими и полностью автоматизированными схемами управления. Электрический привод является важнейшим и крупнейшим потребителем электроэнергии, из всего объёма электроэнергии вырабатываемой в нашей стране. Более половины преобразуется в механическую энергию, необходимую для работы машин и механизмов. В связи с этим энергетические показатели ЭП имеют важнейшее народно-хозяйственное значение. 1.1 Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя по пяти точкам Механическая характеристика представляет собой зависимость момента сопротивления, усилия, от скорости рабочей машины, скольжения. Механическая характеристика необходима для анализа переходных процессов, определения возможности пуска и устойчивой работы электропривода. Данные для расчета рабочей машины
Данные для расчета электродвигателя
Синхронная скорость электродвигателяn0 =3000 об/мин Точка 1: координаты - ωо, М0=0. Угловая синхронная скорость, рассчитывается по формуле:  , (1)где ωо– угловая синхронная скорость, рад/с; n0 – синхронная скорость, об/мин (таблица №2).  =314рад/скоординаты – ωо= 314 рад/с, М0=0. Точка 2: координаты – ωН, МН. Угловая номинальная скорость, рассчитывается по формуле:  , (2) Номинальный момент электродвигателя, рассчитывается по формуле:  , (3)где ωН – угловая номинальная скорость, рад/с; SН– номинальное скольжение; МН – номинальный момент, Н∙м; РН – номинальная мощность двигателя, Вт (таблица №2). Номинальное скольжение, рассчитывается по формуле: SН = (n0 – n)/n0 SН = (3000-2937)*3000 =0,021 Угловая номинальная скорость  Номинальный момент двигателя  координаты – ωН= 307,6  , МН= Точка 3: координаты – ωК, МК.  , (4) , (5)где ωК – угловая скорость, соответствующая критическому моменту, рад/с; SК – критическое скольжение, Критическое скольжение, рассчитывается по формуле:  – для электродвигателей мощностью до 20 кВт;МК – критический момент, Н∙м; mК – кратность критического момента (таблица №2).  Угловая скорость, соответствующая критическому моменту, рад/с  =289 рад/с Критический момент двигателя  координаты – ωК =289 рад/с, МК  Точка 4: координаты – ωМ, ММ. Минимальный момент, рассчитывается по формуле:  , (6)Минимальная скорость, рассчитывается по формуле:  , (7)где ωМ- угловая скорость, соответствующая минимальному моменту, рад/с; SМ – минимальное скольжение, SМ =0,85…0,87; ММ – минимальный момент, Н∙м; mМ – кратность минимального момента (таблица №2). Угловая скорость, соответствующая минимальному моменту  рад/сМинимальный момент двигателя  координаты – ωМ  рад/с, ММ= 60,2НмТочка 5: координаты – ωП=0, МП. Пусковой момент, рассчитывается по формуле:  , (8)где МП – пусковой момент, Н∙м; mП – кратность пускового момента (таблица №2). Результаты расчета точек сводим в таблицу №3. Пусковой момент двигателя  координаты – ωП=0, МП = 84  1.2 Расчет механической характеристики по формуле Клосса Формула Клосса имеет следующий вид:  , (9)Принимаем ε = Sк. Задаемся Si: 0,SН, 0,8SК,SК, 1,2SК, 0,6, 0,7, SМ, 1. Значения критического скольжения SК и момента МК принимаем из предыдущих расчётов механической характеристики. Подставляем в формулу (9) значения Siиз вышеприведённого ряда значений, рассчитываем значения моментов Мiи сводим результаты в таблицу №3. При Si= 0  = 1896НмПри Sн= 0,021  = 67,5 Нм При Si =0,8Sн= 0,064  = 129,3НмПри Si =Sк = 0,075  = 132,3 Нм При Si =1,2Sн = 0,096  = 130,3 Нм При Si =0,6  =36,7 Нм При Si =0,7  =31,7 Нм При Si =Sм= 0,086  = 26 Нм При Si =1  = 22,4 Нм 1.3 Расчет электромеханической характеристики Точка 1: имеет координаты – ω0, I0. Ток холостого хода, рассчитываются по формуле:  , (10)Номинальный ток, рассчитываются по формуле:  , (11) , (12)где Iо – ток на холостом ходу, А; IН – номинальный ток, А; UН = 380 – номинальное напряжение, В; ηН – КПД при номинальной скорости (таблица №2); cosφН – коэффициент мощности при номинальной скорости (таблица №2). Значение скоростей ω0, ωН, ωК берём из предыдущих расчётов механической характеристики электродвигателя по пяти точкам. Номинальный ток двигателя  Ток холостого хода  6,3Акоординаты – ω0 =314 рад/с, I0 = 6,3 А Точка 2: имеет координаты – ωН =60,2 рад/с, IН= 34,8 А. Точка 3: имеет координаты – ωК, IК. Ток при критическом моменте, рассчитываются по формуле:  , (13)Пусковой ток, рассчитываются по формуле:  , (14)где IП – пусковой ток, А; IК –ток при критическом моменте, А; iП – кратность пускового тока (таблица №2). Пусковой ток  Ток при критическом моменте  координаты – ωК = 289 рад/с, IК = 182,3 А Точка 4: имеет координаты – ωП=0, IП=243,6 А 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 Момент двигателя при пониженном на ΔU напряжении, рассчитываются по формуле:  , (15)где ΔU = 25 – падение напряжения на зажимах электродвигателя, %; Мj – момент двигателя при номинальном напряжении, Н∙м; Значения данного момента берутся из расчётов механической характеристики асинхронного двигателя и принимаются равными М0, МН, МК, ММ и МП. Мu – момент двигателя при пониженном на ΔU напряжении, Н∙м. Момент двигателя при пониженном на ΔU напряжении при номинальном моменте, рассчитываются по формуле:  Момент двигателя при пониженном на ΔU напряжении при критическом моменте, рассчитываются по формуле:  Момент двигателя при пониженном на ΔU напряжении при минимальном моменте, рассчитываются по формуле: Момент двигателя при пониженном на ΔU напряжении при пусковом моменте, рассчитываются по формуле:  Расчеты точек сводим в таблицу №3. 2. Расчет механической характеристики рабочей машины
Момент сопротивления рабочей машины, приведенный к валу электродвигателя, рассчитываются по формуле:  , (16)Передаточное отношение редуктора между двигателем и рабочей машиной, рассчитываются по формуле:  , (17)Угловая номинальная скорость вала рабочей машины, рассчитываются по формуле:  , (18)где ωрм.н – угловая номинальная скорость вала рабочей машины, рад/с; nрм.н – номинальная скорость вала рабочей машины, об/мин (таблица №1). Мрм.н - момент сопротивления рабочей машины при номинальной частоте вращения, Н∙м (таблица №1); Мрм.о - момент сопротивления рабочей машины, не зависящий от скорости, Н∙м (таблица №1); iр – передаточное отношение редуктора между двигателем и рабочей машиной; ηпер – КПД передачи между двигателем и рабочей машиной (таблица №1); х – степень уравнения (таблица №1). ωi – угловая скорость электродвигателя, рассчитанная в пункте1.1 и принимаемая равной ω0, ωН, ωК, ωМи ωП. Угловая номинальная скорость вала рабочей машины, рад/с;  Передаточное отношение редуктора между двигателем и рабочей машиной  = 14 , Момент сопротивления рабочей машины приω0  Момент сопротивления рабочей машины приωН  Момент сопротивления рабочей машины приωК  = 9,7НмМомент сопротивления рабочей машины приωМ  Момент сопротивления рабочей машины приωП  Расчеты точек сводим в таблицу №3. Таблица №3 – Расчетные данные к построению механической и электромеханической характеристик асинхронного двигателя
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 (приложение 1). 3 Построение пусковой нагрузочной диаграммы 3.1 Суммарный приведенный момент инерции, рассчитываются по формуле:  , (19)Момент инерции рабочей машины, рассчитываются по формуле:  , (20)где GD2рм – маховой момент инерции рабочей машины, кг∙м2 (таблица №1); k = 1,1 – коэффициент, учитывающий момент инерции передачи от двигателя к рабочей машине; Jд – момент инерции двигателя, кг∙м2 (таблица №2); Jрм– момент инерции рабочей машины, кг∙м2.  кг∙м2 = 0,064кг∙м2По данным пунктов 1.1, 1.3 и 2 во втором квадранте системы координат, необходимо построить механическую М (ω) (далее МД (ω)) и электромеханическую I(ω) характеристики электродвигателя, механическую характеристику рабочей машины МC(ω) и определить установившуюся скорость ωу (точку пересечения механических характеристик электродвигателя и рабочей машины)(рис.1). Скорость ωу определяется на графике при равенстве моментов двигателя и рабочей машины, т.е. МД = МC Отрезок оси от 0 до ωу, 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 МД(ω) и МC(ω) определить значения моментов двигателя МП, M11, М12... и значения моментов сопротивления МТР, М21, М22… и внести их в таблицу 4. Рассчитать динамический момент системы МДИНi= МДi - МСi для каждого i значения скорости. Допустим для ω2: М42 = М12- М22. По данным расчетов построить график МДИНi(ω). Операция определения МДИН 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 МC = 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
На основании таблицы 4 строим графоаналитическим методом нагрузочные диаграммы (приложение 1). При определении динамического момента очень часто в расчеты могут не попасть MМ и МK, поэтому необходимо специально проверить и достроить динамические моменты при ωKи ωМ 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 МДИН.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 МДИН.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 ωi и ωi-1. Например, если i = 2, то∆ ω2 =ω2 - ω1. Ток Ii моменты МДi двигателя и МCi рабочей машины соответствуют скорости ωi и определяются из диаграммы. Например, для скорости ω2: МД2 = М12, МС2 = М22, I2 = I32  Время изменения скорости двигателя на Δω, рассчитывается по формуле:  (21)     Суммарный момент инерции JΣпринимаем 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 МД(t) – по данным 3 и 9 строчек, I(t) – по данным 8 и 9 строчек, рабочей машины MС(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 МДi, МCi и МДИН.i обычно выполняются без таблиц сразу непосредственно на графике. Далее рассчитывают значение приращения времени  на первом участке изменения скорости от 0 доω1. 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 ωy. Значения  и МДИН.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 МХ, показано на рисунке пунктиром и стрелками. Необходимо помнить, что значения МХ в первом и втором квадрантах одинаковы. 4 Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя Потери энергии в двигателе при пуске на холостом ходу, рассчитывается по формуле:  , (23)где  - момент инерции ротора, кгм2. = 5226 ВтПри торможении противовключениемотωо до 0 на холостом ходу, рассчитывается по формуле:  , (24) = 15677 ВтПотери энергии при пуске с нагрузкой, рассчитывается по формуле:  , (25)где α = 0,6 – коэффициент, учитывающий способ пуска.  Литература 1. Анучин, А.С. Системы управления электроприводов / А.С. Анучин. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2015. - 373 c. 2. Бекишев, Р.Ф. Электропривод: Учебное пособие для академического бакалавриата / Р.Ф. Бекишев, Ю.Н. Дементьев. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 301 c. 3. Бурков, А.Ф. Основы теории и эксплуатации судовых электроприводов: Учебник / А.Ф. Бурков. - СПб.: Лань, 2018. - 340 c. 4. Бурков, А.Ф. Судовые электроприводы: Учебник / А.Ф. Бурков. - СПб.: Лань, 2019. - 372 c. 5. Васильев, Б.Г. Электропривод. Энергетика электропривода: Учебник / Б.Г. Васильев. - М.: Солон-пресс, 2015. - 268 c. 6. Васильев, Б.Ю. Электропривод. Энергетика электропривода / Б.Ю. Васильев. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2015. - 268 c. 7. Епифанов, А.П. Электропривод в сельском хозяйстве: Учебное пособие / А.П. Епифанов, А.Г. Гущинский, Л.М. Малайчук. - СПб.: Лань, 2016. - 224 c. 8. Курбанов, С.А. Основы электропривода: Учебное пособие / С.А. Курбанов, Д.С. Магомедова. - СПб.: Лань П, 2016. - 192 c. 9. Москаленко, В.В. Системы автоматизированного управления электропривода / В.В. Москаленко. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2016. - 208 c. 10. Москаленко, В.В. Системы автоматизированного упр. электропривода: Уч. / В.В. Москаленко. - М.: Инфра-М, 2018. - 576 c. 11. Неменко, А.В. Механические компоненты электропривода машин: расчет и проектирование: Учебное пособие / А.В. Неменко. - М.: Вузовский учебник, 2017. - 80 c. 12. Неменко, А.В. Механические компоненты электропривода машин: расчет и проектирование: Учебное пособие / А.В. Неменко. - М.: Вузовский учебник, 2017. - 253 c. 13. Никитенко, Г.В. Пульсатор доильного аппарата с линейным электроприводом: Монография / Г.В. Никитенко, И.В. Капустин, В.А. Гринченко. - СПб.: Лань, 2017. - 196 c. 14. Никулин, О.В. Разработка и исследование частотно-регулируемого синхронного электропривода бурового насоса / О.В. Никулин. - М.: Русайнс, 2015. - 160 c. 15. Онищенко, Г.Б. Теория электропривода: Учебник / Г.Б. Онищенко. - М.: Инфра-М, 2018. - 384 c. 16. Фролов, Ю.М. Регулируемый асинхронный электропривод: Учебное пособие / Ю.М. Фролов, В.П. Шелякин. - СПб.: Лань, 2018. - 464 c. 17. Яни, А.В. Регулируемый асинхронный электропривод: Учебное пособие / А.В. Яни. - СПб.: Лань, 2016. - 464 c. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||