1. Технические данные рабочей машины и электродвигателя
 Скачать 62.91 Kb.
|
|
Содержание Введение 1. Технические данные рабочей машины и электродвигателя 2. Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя по пяти точкам 3. Расчет механической характеристики по формуле Клосса 4. Расчет электромеханической характеристики 5. Расчет механической характеристики при понижении напряжения на 25% 6. Расчет механической характеристики рабочей машины 7. Построение пусковой нагрузочной диаграммы. Нагрузочная диаграмма 8. Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя Заключение Литература Введение Преобладающее количество рабочих машин, применяемых в народном хозяйстве, имеют электрический привод различного типа, конструкции и режима работы с простейшими и полностью автоматизированными схемами управления. Электропривод является основным потребителем электрической энергии, поэтому от правильности его выбора зависят экономичность и надежность работы производственных машины. Основной задачей данной контрольной работы является закрепление знаний по теоретической части курса «Электропривод», а также освоение методов расчёта электроприводов различных производственных машин и установок. Основная цель контрольной работы – научиться практическому применению знаний при проектировании и расчёте автоматизированного электропривода. При выполнении контрольной работы учащемуся необходимо по техническим данным рабочей машины и электродвигателя построить пусковую нагрузочную диаграмму электропривода и определить время разгона электродвигателя. 1. Технические данные рабочей машины и электродвигателя Таблица №1 – Технические данные рабочей машины
Таблица № 2 – Технические данные электродвигателя
2 2. 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 - ωо, М0=0.  , (1)где ωо – угловая синхронная скорость, рад/с; n0 – синхронная скорость, об/мин (таблица №2). ωо=3,14 *1500/30=157 рад/с. Точка 2: координаты – ωН, МН.  , (2) , (3)где ωН – угловая номинальная скорость, рад/с; SН = (n0 – n)/n0 – номинальное скольжение; SН = (n0 – n)/n0=(1500-1472)/1500=0,021. МН – номинальный момент, Н∙м; РН =18.5 кВт – номинальная мощность двигателя, Вт (таблица №2). =157 *(1-0,021)=153,703 рад/с. =18500/153,703=120,3Н∙м.Точка 3: координаты – ωК, МК.  , (4) , (5)где ωК – угловая скорость, соответствующая критическому моменту, рад/с; SК – критическое скольжение, определяемое по формулам: для электродвигателей мощностью до 20 кВт;  =0,021*[2.2+√(2.22+2*0.021(2.2-1))-1]/(1-2*0.021(2.2-1))=0.08.МК – критический момент, Н∙м; mК – кратность критического момента (таблица №2). =2,2*60,15=132,33 Н∙м. =153,7*(1-0,08)=289,03 рад/с.Точка 4: координаты – ωМ, ММ.  , (6) , (7)где ωМ - угловая скорость, соответствующая минимальному моменту, рад/с; SМ – минимальное скольжение, SМ =0,85…0,87=0,86; ММ – минимальный момент, Н∙м; mМ – кратность минимального момента (таблица №2). =1*60,15=60,15 Н∙м. =153,7*(1-0,86)=43,98 рад/с.Точка 5: координаты – ωП=0, МП.  , (8)где МП – пусковой момент, Н∙м; mП – кратность пускового момента (таблица №2). =1,4*60,15=84,21 Н∙м.Результаты расчета точек сводим в таблицу №3. 3. Расчет механической характеристики по формуле Клосса Формула Клосса имеет следующий вид:  , (9)Принимаем ε = Sк=0,08. 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. =2*132,33*(1+0,08)/(Si/Sk+Sk/Si+2*0.08)=285.83/(Si/Sk+Sk/Si+0.16).Si=0, Mi=285.83/(0/0.08+0.08/0+0.16)≈0 Н∙м. Si=SH=0.021, Mi=285.83/(0.021/0.08+0.08/0.021+0.16)=67.54 Н∙м. Si=0.8SK=0.064, Mi=285.83/(0.064/0.08+0.08/0.064+0.16)=129.33 Н∙м. Si=SK=0.08, Mi=285.83/(0.08/0.08+0.08/0.08+0.16)=132.33 Н∙м. Si=1.2SK=0.096, Mi=285.83/(0.096/0.08+0.08/0.096+0.16)=130.32 Н∙м. Si=0.6, Mi=285.83/(0.6/0.08+0.08/0.6+0.16)=36.68 Н∙м. Si=0.7, Mi=285.83/(0.7/0.08+0.08/0.7+0.16)=31.67 Н∙м. Si=SM=0.86, Mi=285.83/(0.86/0.08+0.08/0.86+0.16)=25.98 Н∙м. Si=1, Mi=285.83/(1/0.08+0.08/1+0.16)= 22.44 Н∙м. 4. Расчет электромеханической характеристики Точка 1: имеет координаты – ω0, I0.  , (10) , (11) =0,39.(12)где Iо – ток на холостом ходу, А; IН – номинальный ток, А; UН = 380 – номинальное напряжение, В; ηН=0,88 – КПД при номинальной скорости (таблица №2); cosφН =0,92 –коэффициент мощности при номинальной скорости (таблица №2). Значение скоростей ω0, ωН, ωК берём из предыдущих расчётов механической характеристики электродвигателя по пяти точкам. =18500/(√3*380*0,88*0,88)=34,72 А. =34,72*(0,39-0,88/(2*2,2))=6,28 А.Точка 2: имеет координаты – ωН, IН (формула 11). Точка 3: имеет координаты – ωК, IК.  =0,75*IП ,(13) , (14)где IП – пусковой ток, А; IК –ток при критическом моменте, А; iП =7 – кратность пускового тока (таблица №2). = 7*34,72=243,04 А. =0,75*243,04=182,28 А.Точка 4: имеет координаты – ωП=0, IП (формула 14). Данные расчетов сводим в таблицу №3. 5. 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  =Мj *0,56 , (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. Мj =М0 =0, Мu=0 Н∙м. Мj = МН=60,15, Мu=60,15*0,56=33,68 Н∙м. Мj МК =132,33, Мu=132,33*0,56=74,1 Н∙м. Мj ММ=60,15, Мu=33,68 Н∙м. Мj МП =84,21, Мu=84,21*0,56=47,16 Н∙м. Расчеты точек сводим в таблицу №3. 6. Расчет механической характеристики рабочей машины Момент сопротивления рабочей машины, приводим к валу электродвигателя:  , (16) = 307,56/25,34=12,14 , (17) = (3,14*242)/30=25,34 рад/с, (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=150 - момент сопротивления рабочей машины при номинальной частоте вращения, Н∙м (таблица №1); Мрм.о =15 - момент сопротивления рабочей машины, не зависящий от скорости, Н∙м (таблица №1); iр – передаточное отношение редуктора между двигателем и рабочей машиной; электродвигатель механический нагрузочный реверс ηпер =0,7 -КПД передачи между двигателем и рабочей машиной (таблица №1); х=1 – степень уравнения (таблица №1). ωi – угловая скорость электродвигателя, рассчитанная в пункте 2 и принимаемая равной ω0, ωН, ωК, ωМ и ωП. =1/(12,14*0,7)*[15+(150-15)*(ωi/307.56) ]=1.8+0.053* ωi .ωi = ω0=314.16, MC= 1.8+0.053*314.16=18.45 Н∙м. ωi = ω0=307.56, MC= 1.8+0.053*307.56=18.1 Н∙м. ωi = ωК=289.03, MC=1.8+0.053*289.03=17.12 Н∙м. ωi = ωМ=43.98, MC=1.8+0.053*43.98=4.13 Н∙м. ωi = ωП=0, MC=1.8+0.053*0= 1.8 Н∙м. Расчеты точек сводим в таблицу №3. Таблица №3 – Расчетные данные к построению механической и электромеханической характеристик асинхронного двигателя
7. Построение пусковой нагрузочной диаграммы Суммарный приведенный момент инерции:  = 4,8/4=1,2 , (19) , (20)где GD2рм=4,8 – маховой момент инерции рабочей машины, кг∙м2 (таблица №1); k = 1,1 – коэффициент, учитывающий момент инерции передачи от двигателя к рабочей машине; Jд=0,053 – момент инерции двигателя, кг∙м2 (таблица №2); Jрм – момент инерции рабочей машины, кг∙м2. = 1,1*0,053+1,2/12,142=0,07 кг∙м2.По данным пунктов 2, 4 и 6 во втором квадранте системы координат, строим механическую М(ω) (далее МД(ω)) и электромеханическую I(ω) характеристики электродвигателя, механическую характеристику рабочей машины МC(ω) и определяем установившуюся скорость ωу =312,8 рад/с (точку пересечения механических характеристик электродвигателя и рабочей машины). Скорость ωу определяется на графике при равенстве моментов двигателя и рабочей машины, т.е. МД = МC . Отрезок оси от 0 до ωу, делим на 6 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) определяем значения моментов двигателя МП, M11, М12... и значения моментов сопротивления МТР, М21, М22… и вносим их в таблицу 4. Рассчитываем динамический момент системы МДИНi = МДi - МСi для каждого i значения скорости. Допустим для ω2: М42 = М12- М22. По данным расчетов строим 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
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 в нашем случае, как например 42-43, то МДИН.СР = 0,5(М43+ М42). Результаты расчетов заносим в таблицу. Время изменения скорости двигателя на Δω:  (21)Суммарный момент инерции JΣ =0,07 кг∙м2 . Δt1=0.07*50/69=0.05 c. Δt2=0.07*50/59.15=0.06 c. Δt3=0.07*55/70.98=0.054 c. Δt4=0.07*55/87.74=0.044 c. Δt5=0.07*50/105.55=0.033 c. Δt3=0.07*52.8/57.2=0.065 c. Суммарное время разгона электродвигателя определяем по формуле:  (22)tП=0.05+0.06+0.054+0.044+0.033+0.065=0.306 c. В результате расчетов и заполнения таблицы получаем 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. Расчетное время пуска tП системы должно быть больше времени пуска двигателя на холостом ходу tПО, что мы и видим: 0,306>0,22, т.е. tП> tПО. 8. Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя Потери энергии в двигателе при пуске на холостом ходу:  , (23)Апо=0,053*314,162=5231 Дж=1,45 Вт*ч. При торможении противовключением от ωо до 0 на холостом ходу:  =3*Апо (24)Ампо=3*5231=15693 Дж=4,36 Вт*ч. Потери энергии при пуске с нагрузкой:  , (25)где α = 0,6 – коэффициент, учитывающий способ пуска, ηН=0,88 – КПД при номинальной скорости (таблица №2), РН =18.5 кВт – номинальная мощность двигателя, Вт (таблица №2), tП=0.306 c, iП =7 – кратность пускового тока (таблица №2). Ап=0,81*(1-0,88)/(0,88*(1+0,6))*18500*72*0,306=19149 Дж= 5,32 Вт*ч. Заключение В данной контрольной работе закрепил знания по теоретической части курса «Электропривод», а также освоил методы расчёта электроприводов различных производственных машин и установок. Литература 1. Андреев Л.Н., Жеребцов Б.В. Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Электропривод» для специальностей 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», 110800 «Агроинженерия» Методические указания. — Тюмень: ГАУ Северного Зауралья, 2014. - 17 с. 2. Возмилов А.Г., Ермолин М.Я., Кирпичникова И.М., Сажин В.Н. Электрооборудование и средства автоматизации в агропромышленном комплексе: Учебное пособие. В двух частях. Часть 1. Основы электропривода. Челябинск, 2008. 3. Епифанов А. П., Гущинский А. Г., Малайчук Л. М. Е 67 Электропривод в сельском хозяйстве: Учебное пособие. — СПб.: Издательство «Лань», 2010. — 224 с.: ил. — (Учебники для вузов. Специальная литература). 4. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А90 А. Э. Кравчик, М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Со- боленская.— М.: Энергоиздат, 1982. — 504 с., ил. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||