Проверка предварительно выбранного электродвигателя

СОДЕРЖАНИЕ

Данные по вариантам............................................................................................ 3

1 Предварительный выбор электродвигателя................................................... 4

2. Проверка предварительно выбранного электродвигателя........................... 6

2.1 На перегрузочную способность....................................................................... 6

2.2 Проверка на нагрев методом средних потерь............................................. 7

2.3 Проверка на нагрев методом расчета температуры.................................. 10

2.4 Проверка выбранного двигателя на нагрев методом эквивалентных

величин............................................................................................................. 13

3 Выбор автоматического выключателя.......................................................... 21

4 Электрическая схема управления........................................................................ 23

Литература.............................................................................................................. 24

 

Данные по вариантам

В первой части курсовой работы необходимо выбрать и проверить двигатель на перегрузочную способность и на нагрев. Исходные данные для проведения расчётов берутся из таблиц №1 по предпоследней цифре номера зачётной книжки из первого столбца вариантов и по последней цифре номера зачётной книжки из второго столбца вариантов. Значение «0» в номере зачётной книжки соответствует номеру варианта «10».

Вторая часть курсовой работы заключается в вычерчивании на отдельном листе формата А4 электрической схемы управления электродвигателем, название которой выбирается из таблицы №2 по последней цифре зачётной книжки.

Таблица №1 – Исходные данные

№ варианта (предпоследняя цифра номера зачётной книжки) Нагрузка на валу электродвигателя по периодам работы, кВт № варианта (последняя цифра номера зачётной книжки) Продолжительность работы по периодам, мин
Р1 Р2 Р3 Р4 t1 t2 t3 t4
                   
         
                   
                   
                   
                   
                   
         
                   
                   

Таблица № 2 – Исходные данные

№ варианта Электрическая схема управления электродвигателем
 
 
 
 
 
 
 
Пуск АД КЗР через тиристорный регулятор напряжения
 
 

Предварительный выбор электродвигателя

По исходным данным построил нагрузочную диаграмму двигателя Р = f(t).

 

 

Рис. 1 - Нагрузочная диаграмма рабочей машины

 

1 Эквивалентная мощность двигателя за время работы:

,

,

В задании предполагается, что после отключения двигатель охлаждается до температуры окружающей среды. Время работы не превышает 90 мин, за которое двигатель не достигнет установившейся температуры. Следовательно, в задании имеет место кратковременный режим работы электродвигателя S2.

Расчетная мощность электродвигателя:

,

,

где Км – коэффициент механической перегрузки двигателя, определяемый

,

,

где α =0,6 – коэффициент, равный отношению постоянных потерь мощности двигателя к переменным;

tр = t1 + t2 + t3 + t4= 5 + 9 + 8 + 14=36 мин. – время работы двигателя, мин;

Тн – постоянная времени нагрева двигателя, мин. На предварительном этапе расчётов принял Тн = 20 мин.

Обратите внимание, что бы tр и Тн имели одну и ту же единицу измерения (мин., с и т.д), а КМ ≥ 1.

Выбирал электродвигатель из условия Р2ном ≥ Ррасч и синхронной скоростью n0 = 1500 об/мин.

Выписываем технические данные электродвигателя в таблицу 1.

Таблица 1 – технические данные электродвигателя.

Р2ном n0 ηН cosφН mП mМ mК SН SК kiДВ JДВ m
кВт об/мин % - - - - % % - кг∙м2 кг
7,5 87,5 0,86 1,6 2,2 19,5 7,5 0,025

 

Проверка предварительно выбранного электродвигателя

 

2.1 На перегрузочную способность:

Номинальный момент двигателя:

,

,

где ω0 = 2πn0/60= 2π*1500/60=157рад/с. – синхронная угловая скорость электродвигателя.

Критический момент:

,

,

Максимальный рабочий момент:

,

,

Проверка на перегрузочную способность:

,

,

где ΔU = 10 %, в расчётах ΔU = 0,1.

Если условие перегрузки выполняется, то приступаю к проверке на нагрев. Когда не выполняется, то необходимо выбрать новый электродвигатель исходя из перегрузочной способности:

,

,

Значения Мс.макс, ω0, mК, ΔU беру из предыдущего расчёта. По новой величине расчётной мощности РРАСЧ выбираю электродвигатель ближайшей большей мощности и выписываю технические данные в таблицу 1. Этот двигатель проверяю на перегрузочную способность по изложенной выше методике, если двигатель переходят к проверке на нагрев.

 

2.2 Проверка на нагрев методом средних потерь.

Температура нагрева двигателя не превышает допустимую величину при условии:

,

,

где ΔРНОМ = Р2НОМ (1-ηНОМ)/ ηНОМ = 7500*(1-0,875) / 0,875= 1071,42 Вт, ΔРСР – номинальные и средние потери электродвигателя, Вт.

Коэффициент тепловой перегрузки КТ определяется по формуле:

,

,

где Тн – постоянная времени нагрева проверяемого двигателя, мин;

,

,

где m – масса двигателя, кг; τдоп – предельно–допустимое превышение температуры нагрева обмоток двигателя, С. Для двигателей с высотой оси вращения 50…132 мм применяется класс В (τдоп=80С), 160…355 мм – класс F (τдоп=100С). Высота оси вращения указывается в типоразмере двигателя. Например, 4А100S4У3 имеет высоту оси 100 мм.

Определил потери мощности двигателя на каждом периоде нагрузки:

Значение Рi берутся из нагрузочной диаграммы (Р1 – Р4). Коэффициент полезного действия ηi при любой нагрузке определяю:

где хi показатель загрузки двигателя на i-ом интервале нагрузочной диаграммы.

Расчёт упрощается, если воспользоваться данными и построить график изменения КПД и cos φ двигателя от нагрузки на валу. В этом случае по оси ординат откладывается показатель хi.

Рис. 2. – График изменения КПД и cos φ двигателей серии 4А

от нагрузки на валу

 

Величина средних потерь в двигателе за время работы:

,

,

Если выполняется условие, то при заданной нагрузке температура двигателя не превысит допустимую величину. Если же это условие не выполняется нужно выбрать двигатель на одну ступень выше и повторить проверку на нагрев.

 

2.3 Проверка на нагрев методом расчета температуры

В расчётах температуры нагрева двигателя τ определяют не действительное её значение, а превышение над температурой окружающей среды.

Значение температуры превышения τ в любой момент времени определяется по выражению:

,

где τустiустановившееся значение температуры превышения на участке диаграммы, град.

Установившееся значение температуры превышения на каждом интервале нагрузки:

.

,

,

,

.

 

Теплоотдача А, Вт/град:

,

,

Начальное значение температуры превышения принимается равным 0, а далее конечное значение температуры превышения на первом интервале равное начальному на втором и т.д.

Расчет температуры превышения на первом участке (0…t1) через t1/2 и t1 минут:

,

,

,

,

На втором участке: τ2нач= τ1кон

,

,

,

,

На третьем участке:

,

,

,

,

На четвёртом участке:

,

,

,

,

Кривая охлаждения двигателя:

,

,

,

,

,

,

где Т0 – постоянная времени охлаждения двигателя, мин;

τнач – начальная температура охлаждения двигателя после его отключения, принимается равной τ4кон, С. Т0=2∙ Тн.

Принял t= Т0, 2Т0, 3Т0, 4Т0, 5Т0.

Результаты расчетов свел в таблицу № 2 и 3.

Таблица №2 – Данные расчетов нагрева двигателя

Нагрев Р1 Р2 Р3 Р4
Расчетная точка 0,5t1 t1 0,5t2 t2 0,5t3 t3 0,5t4 t4
Время, мин 2,5
Темп-ра, С 6,22 12,44 16,87 20,15 26,19 30,64 24,49 20,91

 

Таблица №3 – Данные расчетов охлаждения двигателя

Расчетная точка Т0 0 0 0 0
Время, мин
Темп-ра, С 20,91 7,5 2,7 0,83 0,2 0,12

 

По результатам расчета нагрева и охлаждения двигателя строим график рис. 3.

 

 

Рис. 3 – График изменения температуры электродвигателя

 

Анализируя график рис. 3, сделал вывод о превышении или не превышении электродвигателем допустимой величины температуры в процессе работы и, как правило, о прохождении двигателя по нагреву или нет.

 

2.4 Проверка выбранного двигателя на нагрев методом эквивалентных величин.

2.4.1 По паспортным данным двигателя построил нагрузочную диаграмму при пуске.

По заданию пуск осуществляют с постоянным моментом сопротивления, равным 0,3МН. Момент инерции рабочей машины равен 2Jд.

Каждая точка механической характеристики имеет две координаты: угловая скорость ω и момент, развиваемый электродвигателем, М.

Точка 1: координаты - ωо, М0=0.

,

,

где ωо – угловая синхронная скорость, рад/с;

n0 – синхронная скорость, об/мин (таблица №1).

Точка 2: координаты – ωН, МН.

,

,

,

,

где ωН – угловая номинальная скорость, рад/с;

SН = 0,003– номинальное скольжение;

МН – номинальный момент, Нм;

РН – номинальная мощность двигателя, Вт (таблица №1).

Точка 3: координаты – ωК, МК.

,

,

,

,

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

– критическое скольжение;

МК – критический момент, Н∙м;

mК – кратность критического момента (таблица №1).

Точка 4: координаты – ωМ, ММ.

,

,

,

,

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

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

ММ – минимальный момент, Нм;

mМ – кратность минимального момента (таблица №1).

Точка 5: координаты – ωП=0, МП.

,

,

где МП – пусковой момент, Нм;

mП – кратность пускового момента (таблица №1).

 

Электромеханическая характеристика.

Точка 1: имеет координаты – ω0, I0.

,

,

,

,

,

,

где Iо – ток на холостом ходу, А;

IН – номинальный ток, А;

UН = 380 – номинальное напряжение, В;

ηН – КПД при номинальной скорости (таблица №1);

cosφН – коэффициент мощности при номинальной скорости (таблица №1).

Значение скоростей ω0, ωН, ωК взял из предыдущих расчётов механической характеристики электродвигателя по пяти точкам.

Точка 2: имеет координаты – ωН = 152,29 рад/с, IН = 15,16 А.

Точка 3: имеет координаты – ωК, IК.

,

,

,

,

где IП – пусковой ток, А;

IК –ток при критическом моменте, А;

iП – кратность пускового тока (таблица №1).

Точка 4: имеет координаты – ωП=0 рад/с, IП= 113,7А.

По этим данным во втором квадранте системы координат, построил механическую М(ω), электромеханическую I(ω) характеристики электродвигателя и механическую характеристику рабочей машины МC(ω) и определить установившуюся скорость ωу (точку пересечения механических характеристик электродвигателя и рабочей машины) (рис. 4).

Отрезок оси от 0 до ωу, делятся 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) определил значения моментов двигателя МП, M11, М12... и внес их в таблицу 4.

Рассчитал динамический момент системы МДИНi = МДi - МС для каждого i значения скорости. Допустим для ω2: М42 = М12 - МС = М12 – 0,3МН. По данным расчетов построил 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. Динамический момент на скорости ω3 равен М43. Отрезки 3-23 и 43-13 равны.

 

?

 

 

Точка i
скорость ωi рад/с
∆ ωi рад/с
МДi Нм 98,68 п
МCi Нм 23,67 23,67 23,67 23,67 23,67 23,67 23,67
МДИН.i Нм но
МДИН.СР Нм
∆ti с 0,01 0,011 0,009 0,0095 0,0089 0,0224
Ii I А 113,7 п            
ti с 0,01 0,021 0,03 0,0315 0,0404 0,0628

 

Обратил внимание. При определении динамического момента очень часто в расчеты могут не попасть MМ и МK, поэтому необходимо специально проверить и достроить динамические моменты при ωK и ωМ графическим способом.

Меняющийся динамический момент системы на каждом участке скорости заменяем постоянным - средним.

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 ∆ ω22 - ω1.

Время изменения скорости двигателя на Δω:

Суммарный момент инерции JΣ = JДВ + JРМ = JДВ + 2 JДВ = 3 JДВ.= 3*0,028=0,084 кг∙м2

Суммарное время разгона электродвигателя определяем по формуле:

2.4.2 Эквивалентный ток за время пуска:

IСР – среднее значение тока двигателя на интервалах времени Δt1…Δt6.

2.4.3 Нагрузочная диаграмма двигателя за время работы.

Ток двигателя по интервалам:

,

,

,

,

,

Величины η и cosφ определяем из пункта 2.2.

С учетом полученных результатов построил нагрузочную диаграмму (рис. 5).

Эквивалентный ток двигателя за время работы:

,

,

 

Рис. 5 – Нагрузочная диаграмма электродвигателя

 

 

Коэффициент механической перегрузки:

,

,

Проверил на нагрев:

,

,

,

Если условие выполняется, то расчёт выполнен верно. В противном случае мощность двигателя увеличивается на ступень и расчёт повторяется.

 





©2015-2017 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.


ТОП 5 активных страниц!