А. Б. Красовский
Методические указания к домашнему заданию
по курсу “Основы электропривода”
Под редакцией Ю.И.Даниленко
Москва 2010
Приведены варианты задания по расчету статических и динамических характеристик электропривода с примером выполнения и оформления, а также основные характеристики некоторых типов электродвигателей.
Для студентов механико-технологического факультета.
ВВЕДЕНИЕ
Электропривод является неотъемлемой частью большинства современных технологических установок и во многом определяет их качественный уровень. Электроприводы, используемые в высокоэффективных технологических процессах, как правило, представляют собой сложные многокомпонентные системы, объединяющие самые передовые достижения многих областей техники - электромеханики, электроники, теории управления и т.п. Методика расчета и проектирования таких систем при жестких требованиях к точности воспроизведения заданных статических и динамических параметров движения предполагает знакомство со смежными дисциплинами, либо не изучаемыми студентами технологического и механического профиля, либо изучаемыми в недостаточном объеме.
Вместе с тем для грамотной постановки задачи и творческого участия в ее решении, по крайней мере, на принципиальном уровне, механики и технологи должны быть знакомы с общей методологией и этапами проектирования электроприводов. Например, в некоторых технологических процессах механической обработки, вакуумного и сварочного производств и т.п. успешно используются относительно простые разомкнутые структуры электропривода с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Проектирование и расчет таких электроприводов вполне по силам как механикам, так и технологам.
Цель домашнего задания - практическое ознакомление с этапами проектирования электропривода, методикой выбора основного его элемента – двигателя– по мощности, с расчетом его статических и динамических характеристик в разомкнутой структуре управления, паспортными данными распространенных в настоящеевремя серий асинхронных двигателей.
I. ЗАДАНИЕ
1. По заданным нагрузочной диаграмме и тахограмме движения механизма, параметры которых приведены к валу двигателя, предварительно выбрать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором по каталогу.
2. По паспортным данным выбранного двигателя рассчитать и построить естественные и регулировочные механические характеристики электропривода, обеспечивающие заданную тахограмму движения механизма.
3. В соответствии с заданными нагрузочной диаграммой и тахограммой движения механизма рассчитать и построить переходные процессы изменения скорости и момента электропривода.
4. Определить потери энергии в электроприводе в переходных процессах изменения скорости в соответствии с заданной тахограммой движения механизма.
5. Проверить предварительно выбранный двигатель по перегрузочной способности и по нагреву.
6. Сделать заключение о возможности использования предварительно выбранного двигателя для данного механизма.
Дополнительные условия и требования:
1. Статор асинхронного двигателя подключен к идеальному регулируемому преобразователю частоты с возможностью двухстороннего обмена энергией между двигателем и питающей сетью.
2. Рабочие участки механических характеристик асинхронного двигателя могут быть приняты линейными.
3. Заданная тахограммой движения скорость должна быть обеспечена при максимальном, в соответствии с нагрузочной диаграммой, моменте нагрузки.
4. Изменение скорости в соответствии с заданной тахограммой движения обеспечивается скачкообразным изменением выходных параметров преобразователя частоты. Переходные процессы, отмеченные звездочкой (*) в табл. 1 и 2 формируются плавным изменением по линейному закону выходных параметров того же преобразователя. Электромагнитная инерционность двигателя не учитывается.
5. Для переходного процесса, отмеченного звездочкой (*), определить время изменения выходных параметров преобразователя частоты, при котором кратность пускового тока к номинальному (I п/ I н) уменьшится в k раз по сравнению с кратностью, заданной в паспортных данных двигателя.
6. По усмотрению преподавателя характер изменения скорости и момента привода в переходных процессах при скачкообразном изменении выходных параметров преобразователя оценивать по усредненной механической характеристике двигателя, либо с учетом её реального вида.
7. Среднее значение момента асинхронного двигателя в тормозном режиме принять равным пусковому моменту.
Вариант 1
Таблица 1
| Номер задания | np1 , об/мин | np2 , об/мин | Мс1 Н.м | Мс2 Н.м | 
| t 1 , c | t 2 , c | t 3, c | t 4 , c | Переходный процесс изменения скорости | k | ||
| 1-й | 2-й | 3-й | |||||||||||
| I | 1.0 | * | 3.5 | ||||||||||
| 1,5 | * | 3,2 | |||||||||||
| 0,5 | * | 4,0 | |||||||||||
| 1,5 | * | 4,0 | |||||||||||
| 1,0 | * | 3,0 | |||||||||||
| 1,5 | * | 3,8 | |||||||||||
| 2,0 | * | 3.8 | |||||||||||
| 1,0 | * | 4,0 | |||||||||||
| 3,0 | * | 4,0 | |||||||||||
| 1,5 | * | 3,2 | |||||||||||
| 0,5 | ,60 | * | 3,8 | ||||||||||
| 0,5 | * | 3,8 | |||||||||||
| 1,0 | * | 4,0 | |||||||||||
| 2,0 | * | 3,8 | |||||||||||
| 1,5 | * | 2,5 | |||||||||||
| 2,0 | * | 3,5 | |||||||||||
| 2,5 | * | 3,5 | |||||||||||
| 20 | 3,0 | * | 3,7 | ||||||||||
| 0,5 | * | 3,0 | |||||||||||
| 2,0 | * | 2,5 |
Вариант 2
Таблица 2
| Номер задания | n p1 , об/мин | n p2 , об/мин | М с1, Н.м | М с2, Н.м | 
| t 1 , c | t 2 , с | t 3 , c | t 4 , c | Переходный процесс изменения скорости | k | ||
| 1-й | 2-й | 3-й | |||||||||||
| I | 0,8 | * | 2,5 | ||||||||||
| 1,0 | * | 2,5 | |||||||||||
| 0,5 | * | 3,5 | |||||||||||
| 1,0 | * | 3,2 0 9*- | |||||||||||
| 7,5 | 3.0 | * | 3.8 | ||||||||||
| 2,0 | * •л. | 3,8 | |||||||||||
| 2,0 | * | 3,5 0 » <J | |||||||||||
| 1,0 | * | 3,2 | |||||||||||
| 1,5 | * | 3,3 | |||||||||||
| 1,5 | * | 3,5 | |||||||||||
| 1,0 | * эт | 3,2 | |||||||||||
| 1,5 | 150. | * | 4,0 | ||||||||||
| 0,5 | * | 4,0 | |||||||||||
| 1,5 | 75 | * JV | 3.5 | ||||||||||
| 1,0 | * | 3,5 | |||||||||||
| 0,5 | * | 4,0 | |||||||||||
| 1,0 | * эс | 3,0 | |||||||||||
| 3,0 | * | 3,0 | |||||||||||
| 0,5 | * | 3,5 | |||||||||||
| 1,5 | * | 4.0 |
Таблица 3
| Типоисполнение двигателя | Мощность P н , кВт | Частота вращения n н, мин-1 | Ток статора А, при U 1=380B и P=P н | Отношение пускового тока к номинальному I п/ I н | Отношение пускового момента к номинальному М п/ М н | Отношение минимального момента к номинальному М min/ М н | Отношение максималь-ного момента к номинальному М max/ М н | Момент инерции ротора J р,кгм2 |
| 4А50А4УЗ | 0,06 | 0,31 | 2,5 | 2,0 | 1,7 | 2.2 | 0.00003 | |
| 4А50В4УЗ | 0,09 | 0,42 | 2,5 | 2,0 | 1,7 | 2,2 | 0,00003 | |
| 4А56В4УЗ | 0,12 | 0,44 | 3,5 | 2,1 | 1,5 | 2.2 | 0.0007 | |
| 4А63А4УЗ | 0,18 | 0,66 | 3,5 | 2,1 | 1,5 | 2,2 | 0.0008 | |
| 4А63В4УЗ | 0,25 | 0,85 | 4,0 | 2,0 | 1,5 | 2,2 | 0,0012 | |
| 4А63В4УЗ | 0,37 | 1,20 | 4,0 | 2,0 | 1,5 | 2,2 | 0,0014 | |
| 4А71А4УЗ | 0,55 | 1,70 | 4,5 | 2,0 | 1,8 | 2,2 | 0,0013 | |
| 4А71В4УЗ | 0,75 | 2,17 | 4,5 | 2.0 | 1.8 | 2,2 | 0.0014 | |
| 4А80А4У3 | 1,10 | 2,76 | 5,0 | 2,0 | 1,6 | 2,2 | 0.0032 | |
| 4А80В4УЗ | 1,50 | 3,57 | 5,0 | 2,0 | 1,6 | 2,2 | 0,0033 | |
| 4А90L4УЗ | 2,20 | 5,02 | 6,0 | 2,1 | 1,6 | 2.4 | 0,0056 | |
| 4А100S4УЗ | 3,0 | 6,7 | 6,0 | 2,0 | 1.6 | 2,4 | 0,0087 | |
| 4А100L4УЗ | 4,0 | 8,6 | 6,0 | 2.0 | 1,6 | 2,4 | 0,0110 | |
| 4А132М4УЗ | 5,5 | 11,5 | 7,0 | 2,0 | 1,6 | 2,2 | 0,0180 | |
| 4A132S4УЗ | 7,5 | 15,1 | 7,5 | 2,2 | 1.7 | 3,0 | 0,0280 | |
| 4A132М4УЗ | 11,0 | 22,0 | 7,5 | 2,2 | 1.7 | 3,0 | 0,0400 |
| 4А160М4УЗ | 18,5 | 35,7 | 7,0 | 1,4 | I.J | 2,3 | 0,1280 | |
| 4А180S4УЗ | 22,0 | 41,3 | 6,5 | 1,4 | 1.0 | 2,3 | 0,1900 | |
| 4А180M4УЗ | 30,0 | 56,0 | 6,5 | 1,4 | 1,0 | 2,3 | 0,2330 | |
| 4A200M4УЗ | 37,0 | 68,8 | 7,0 | 1,4 | 1,0 | 2,5 | 0,3680 | |
| 4A200L4У3 | 45,0 | 82,6 | 7,0 | 1,4 | 1.0 | 2,5 | 0,4450 | |
| 4А225М4УЗ | 56, 0 | 100,0 | 7,0 | 1,3 | 1,0 | 2,5 | 0,0400 | |
| 4А250S4УЗ | 75,0 | 136,0 | 7,0 | 1,2 | 1.0 | 2,3 | 1,0200 | |
| 4А250М4УЗ | 90,0 | 162,0 | 7,0 | 1,2 | 1,0 | 2,3 | 1,1680 | |
| 4А280S4УЗ | 110,0 | 201,0 | 5,5 | 1,2 | 1,0 | 2,0 | 2,3000 | |
| 4А280М4УЗ | 132,0 | 240,0 | 5,5 | 1,3 | 1.0 | 2,0 | 2,4800 | |
| 4А315S4УЗ | 160,0 | 285,0 | 6,0 | 1,3 | 0,9 | 2,2 | 3,0800 | |
| 4А315М4УЗ | 200, 0 | 351,0 | 6,0 | 1,3 | 0.9 | 2,2 | 3,6300 | |
| 4А355S4УЗ | 250,0 | 438,0 | 7,0 | 1,2 | 0,9 | 2,0 | 6,0000 | |
| 4А355M4УЗ | 315,0 | 549,0 | 7,0 | 1,2 | 0,9 | 2,0 | 7,0500 | |
| 4А63А6УЗ | 0,18 | 0,78 | 3,0 | 2,2 | 1.5 | 2,2 | 0,0020 | |
| 4А63В6УЗ | 0,25 | 1,04 | 3,0 | 2,2 | 1.5 | 2,2 | 0,0022 | |
| 4А71А6УЗ | 0,37 | 1,26 | 4,0 | 2,0 | 1.8 | 2,2 | 0,0017 | |
| 4А71В6УЗ | 0,55 | 1,74 | 4,0 | 2,0 | 1,8 | 2,2 | 0,0020 | |
| 4А80А6УЗ | 0,75 | 2,24 | 4,0 | 2,0 | 1.6 | 2,2 | 0,0030 | |
| 4А80B6УЗ | 1,10 | 3,05 | 4,0 | 2,0 | 1.6 | 2,2 | 0,0046 | |
| 4А90L6УЗ | 1,50 | 4,10 | 4,5 | 2,0 | 1.7 | 2,2 | 0,0074 |
· Окончание табл. 3
| 2 | ||||||||
| 4A100L6УЗ | 2.20 | 5,65 | 5,0 | 2,0 | 1,6 | 2,2 | 0.1030 | |
| 4A112MA6УЗ | 3,00 | 7,40 | 6,0 | 2,0 | 1,8 | 2,5 | 0,0180 | |
| 4A112MB6УЗ | 4,00 | 9,13 | 6,0 | 2.0 | 1,8 | 2,5 | 0,0200 | |
| 4A132S6У3 | 5,5 | 12,2 | 6,5 | 2,0 | 1,8 | 2,5 | 0,040 | |
| 4А132M6УЗ | 7,5 | 16,5 | 6,5 | 2,0 | 1,8 | 2,5 | 0,058 | |
| 4А160S6У3 | 11,0 | 22,6 | 6,0 | 1,2 | 1,0 | 2,0 | 0,138 | |
| 4А160М6УЗ | 15,0 | 30,0 | 6,0 | 1,2 | 1,0 | 2,0 | 0,183 | |
| 4А180M6УЗ | 18,5 | 36,6 | 5,0 | 1,2 | 1,0 | 2,0 | 0,220 | |
| 4А200M6УЗ | 22,0 | 41,3 | 6,5 | 1,3 | 1,0 | 2,4 | 0,400 | |
| 4А200L6УЗ | 30.0 | 56,0 | 6,5 | 1,3 | 1,0 | 2,4 | 0,450 | |
| 4А225М6УЗ | 37,0 | 69,4 | 6,5 | 1,2 | 1,0 | 2,3 | 0,740 | |
| 4А250S6УЗ | 45.0 | 84,0 | 6.5 | 1,2 | 1,0 | 2,1 | 1,155 | |
| 4А250M6УЗ | 55,0 | 103,0 | 6,5 | 1,2 | 1,0 | 2,1 | 1,260 | |
| 4А280S6УЗ | 75,0 | 139,0 | 5,5 | 1,4 | 1,2 | 2,2 | 2,925 | |
| 4A280S6У3 | 90,0 | 165,0 | 5,5 | 1,4 | 1,2 | 2,2 | 3,380 | |
| 4А315S6УЗ | 110,0 | 199,0 | 6,5 | 1,4 | 0,9 | 2,2 | 4,000 | |
| 4А315М6УЗ | 132.0 | 239,0 | 6,5 | 1,4 | 0,9 | 2,2 | 4,500 | |
| 4А355S6УЗ | 160,0 | 291,0 | 6,5 | 1,4 | 0,9 | 2,2 | 7,330 | |
| 4А355М6УЗ | 200,0 | 362,0 | 6,5 | 1,4 | 0,9 | 2,2 | 8,800 |
Таблица 4
| Номер задания | n p1, об/мин | n p2, об/мин | М с1 Н.м | М с2 Н.м |  
| t 1 , c | t 2 , c | t 3 , c | t 4 , c | Переходный процесс изменения скорости | k | |||
| 1-й | 2-й | 3-й | ||||||||||||
| * | 3.9 |
Паспортные данные некоторых типов двигателей. Паспортные данные асинхронных двигателей серии 4А с синхронной частотой вращения 1500 и 1000 об/мин приведены в табл. 3.
Оформление задания. Отчет о выполнении задания должен содержать расчетно-пояснительную записку с графиками, отражающими статические, динамические и нагрузочные диаграммы электропривода. Пунктам задания, включая дополнительные условия и требования, должны соответствовать заглавия, отражающие этапы работы.