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 К_м – коэффициент механической перегрузки двигателя, определяемый

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

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

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

Обратите внимание, что бы t_р и Т_н имели одну и ту же единицу измерения (мин., с и т.д), а К_М≥ 1.

Выбирал электродвигатель из условия Р_2ном ≥ Р_расч и синхронной скоростью n₀ = 1500 об/мин.

Выписываем технические данные электродвигателя в таблицу 1.

Таблица 1 – технические данные электродвигателя.

Р_2ном	n₀	η_Н	cosφ_Н	m_П	m_М	m_К	S_Н	S_К	k_i_ДВ	J_ДВ	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 М_с.макс, ω₀, m_К, ΔU беру из предыдущего расчёта. По новой величине расчётной мощности Р_РАСЧ 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 ΔР_НОМ= Р_2НОМ (1-η_НОМ)/ η_НОМ = 7500*(1-0,875) / 0,875= 1071,42 Вт, ΔР_СР – номинальные и средние потери электродвигателя, Вт.

Коэффициент тепловой перегрузки К_Т определяется по формуле:

где Т_н – постоянная времени нагрева проверяемого двигателя, мин;

где m – масса двигателя, кг; τ_доп– предельно–допустимое превышение температуры нагрева обмоток двигателя, ^◦С. Для двигателей с высотой оси вращения 50…132 мм применяется класс В (τ_доп=80^◦С), 160…355 мм – класс F (τ_доп=100^◦С). Высота оси вращения указывается в типоразмере двигателя. Например, 4А 100 S4У3 имеет высоту оси 100 мм.

Определил потери мощности двигателя на каждом периоде нагрузки:

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

где х_i 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 х_i.

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 τ_уст_i – установившееся 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: τ_2нач= τ_1кон

На третьем участке:

На четвёртом участке:

Кривая охлаждения двигателя:

где Т₀ – постоянная времени охлаждения двигателя, мин;

τ_нач – начальная температура охлаждения двигателя после его отключения, принимается равной τ_4кон, ^◦С. Т₀=2∙ Т_н.

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	2Т₀	3Т₀	4Т₀	5Т₀
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 0,3М_Н. Момент инерции рабочей машины равен 2J_д.

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

Точка 1: координаты - ω_о, М₀=0.

где ω_о– угловая синхронная скорость, рад/с;

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

Точка 2: координаты – ω_Н, М_Н.

где ω_Н – угловая номинальная скорость, рад/с;

S_Н = 0,003– номинальное скольжение;

М_Н – номинальный момент, Нм;

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

Точка 3: координаты – ω_К, М_К.

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

– критическое скольжение;

М_К – критический момент, Н∙м;

m_К– кратность критического момента (таблица №1).

Точка 4: координаты – ω_М, М_М.

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

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

М_М – минимальный момент, Нм;

m_М– кратность минимального момента (таблица №1).

Точка 5: координаты – ω_П=0, М_П.

где М_П – пусковой момент, Нм;

m_П– кратность пускового момента (таблица №1).

Электромеханическая характеристика.

Точка 1: имеет координаты – ω₀, I₀.

где I_о – ток на холостом ходу, А;

I_Н – номинальный ток, А;

U_Н = 380 – номинальное напряжение, В;

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

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

Значение скоростей ω₀, ω_Н, ω_К взял из предыдущих расчётов механической характеристики электродвигателя по пяти точкам.

Точка 2: имеет координаты – ω_{Н =}152,29 рад/с, I_{Н =} 15,16 А.

Точка 3: имеет координаты – ω_К, I_К.

где I_П – пусковой ток, А;

I_К –ток при критическом моменте, А;

i_П – кратность пускового тока (таблица №1).

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

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

Отрезок оси от 0 до ω_у, 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 М_Д(ω) определил значения моментов двигателя М_П, M₁₁, М₁₂... и внес их в таблицу 4.

Рассчитал динамический момент системы М_ДИН_i = М_Д_i - М_С для каждого i значения скорости. Допустим для ω₂: М₄₂ = М₁₂- М_С = М₁₂– 0,3М_Н. По данным расчетов построил график М_ДИН_i(ω). Операция определения М_ДИН 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 М_C. Динамический момент на скорости ω₃ равен М₄₃. Отрезки 3-23 и 43-13 равны.

Точка i
	скорость ω_i	рад/с
	∆ ω_i	рад/с
	М_Д_i	Нм	98,68 п
	М_Ci	Нм	23,67	23,67	23,67	23,67	23,67	23,67	23,67
	М_ДИН._i	Нм	но
	М_ДИН.СР	Нм
	∆t_i	с		0,01	0,011	0,009	0,0095	0,0089	0,0224
	I_i I	А	113,7 п
	t_i	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 M_М и М_K, поэтому необходимо специально проверить и достроить динамические моменты при ω_K и ω_М 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 ω_i и ω_i_-1. Например, если i = 2, то ∆ ω₂ =ω₂- ω₁.

Время изменения скорости двигателя на Δω: