Расчет и выбор двигателя

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Электропривод - это управляемая электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Электрическая часть электропривода состоит из электродвигателя и аппаратуры для управления им. Механическая часть электропривода в зависимости от характера движения рабочих органов машины и ее конструкции может содержать ряд элементов, например редуктор, шатунно-кривошипный преобразователь движения и т.д.

Основным средством для приведения в движение рабочих машин является электродвигатель, поэтому вопрос выбора двигателя является одним из основных. Кроме того, приходится решать целый ряд задач, связанных с выбором аппаратуры управления, защиты и автоматизации процессов пуска и торможения электропривода.

При рассмотрении возможных  способов пуска в ход асинхронных  двигателей необходимо учитывать следующие  основные положения:

• двигатель должен развивать при пуске достаточно большой пусковой момент, который должен быть больше статического момента сопротивления на валу, чтобы ротор двигателя мог прийти во вращение и достичь номинальной скорости вращения;
• величина пускового тока должна быть ограничена таким значением, чтобы не происходило повреждения двигателя и нарушения нормального режима работы сети;
• схема пуска должна быть по возможности простой, а количество и стоимость пусковых устройств — малыми.

В настоящей работе рассматривается вопрос создания схемы управления асинхронным двигателем с фазным ротором.

Так как двигатели  рассчитаны на тяжелые условия работы, их изготовляют повышенной прочности. Двигатели допускают кратковременные  перегрузки и имеют большие пусковые и максимальные моменты, которые повышают номинальные моменты в 2.3…3.0 раза; имеют относительно небольшие пусковые токи и малое время разгона; рассчитаны на кратковременные режимы работы.

В любой из схем электрических  соединений должны быть предусмотрены:

• защита электрооборудования коротких замыканий;
• защита электрооборудования от перегрузки;
• торможение механизма при остановке;

По условию задания  необходимо обеспечить следующую систему  управления - схема управления асинхронного двигателя с фазным ротором в функции тока с помощью кулачкового контроллера с динамическим торможением.

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА.

 

Схема управления – пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в функции тока, с динамическим торможением.

 

Таблица 1

Исходные данные

P1, кВт	P2, кВт	P3, кВт	P4, кВт	tp1, c	tp2, c	tp3, c	tp4, c
35	40	24	20	45	20	75	40
tn1 c	tn2 c	tn3 c	tn4 c	n, мин-1	z
0	25	15	30	1500	6

 

При отключении предусмотреть режим  динамического торможения.

t_p – время работы; t_n – время паузы; P_n – мощность нагрузки;

n – частота вращения при идеальном холостом ходе; z – число ступеней.

2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ

2.1. Построение  нагрузочной диаграммы

 

Для правильного выбора мощности двигателя необходимо знать  закон изменения нагрузки на двигатель во времени. Для этого рассчитывают и строят нагрузочные диаграммы (Приложение А).

Для каждой машины характерна своя нагрузочная диаграмма, которая  определяется условиями ее работы. Эти нагрузочные диаграммы обуславливают  различные режимы электроприводов.

 

Таблица 2

Продолжительность цикла

Показатель	Формула	Значение
Время цикла tц, с	tц=∑ tp+∑ tn	250
Суммарное время работы tp, с	∑ tp = tp1+ tp2+ tp3+ tp4	180
Суммарное время пауз tn, с	∑ tn = tn1+ tn2+ tn3+ tn4	70

 

Нагрузочная характеристика представлена в приложении 1.

 

Таблица 3

Продолжительность включения

 

Показатели	Формула	Значение
Расчетная продолжительность  включения εp	εp =∑ tp/ tц	0,72
Расчетная продолжительность  включения ПВр, %	ПВр = ∑ tn/tц	72%
Нормируемая продолжительность  включения, ПВн, %	-	75%

2.2. Расчет эквивалентной мощности двигателя

 

Таблица 4

Эквивалентная мощность

Показатели	Формула	Значение
Эквивалентная мощность РЭ, кВт		28,51
Расчетная мощность РP, кВт		27,05

2.3. Номинальные данные двигателя по каталогу

Двигатели серии 4А имеют ряд  модификаций:

1. 4АС – с повышенным скольжением. 

2. 4АР – с повышенным пусковым  моментом, двойной беличьей клеткой. Применяются для привода ленточных транспортеров.

3. 4АК – с фазным ротором. 

4. 4АВ – встраиваемые.

5. Многоскоростные на 2,3 и 4 частоты  вращения.

6. На частоту 60 Гц (экспортные).

7. Малошумные (имеют большой скос  пазов).

8. Со встроенной температурной защитой (в лобовой части терморезистор).

9. Со встроенным ЭМТ. 

Условия применения серии следующие:

1. Окружающая среда не взрывоопасна.

2. Нет токопроводящей пыли, агрессивных  газов и паров. 

Выбираю двигатель 4АК225M4УЗ, ПВ 80 %, где 4 -номер серии, АК – асинхронный с фазным ротором, 225 – высота оси вращения, мм; 4 - число полюсов, У - для умеренного климата, 3 - категория размещения¹

 

Таблица 5

Технические данные электродвигателя

Показатели	Значение
Мощность на валу, Рн., кВт	34
Напряжение на статоре, U1, В	380
Частота вращения ротора, nn	1448
Кпд, %	90
cosφ	0,87
Кратность критического момента, λ=Mk/Mn	3,0
Ток ротора, IH2 А	185
Напряжение ротора (между кольцами), UH2 В	160
Номинальная  продолжительность  включения ПВн для пересчета  мощности, %	80
z	6
число пар полюсов	4

 

2.4. Расчет и построение в масштабе механических характеристик двигателя

2.4.1. Идеальный холостой ход

С помощью выражения  для скорости идеального холостого хода n₀ = 60·f/p

отмечаем следующее:

• скорость идеального холостого хода АД n₀ при регулировании R_д2 не изменяется;
• максимальный (критический) момент двигателя Мк также остается неизменным;
• критическое скольжение s_к увеличивается при увеличении R_2д.

 

Таблица 6

Расчет показателей  холостого хода

 

Показатели	Формула	Значение
Момент, M, Нм		0
Частота вращения магнитного поля n1, мин-1	n1=60·f/p=60·50/3	1500
Частота вращения ротора на холостом ходу, n2, мин-1		1500

2.4.2. Номинальный режим работы.

п_н - номинальная частота вращения двигателя

 

Таблица 7

Расчет основных параметров номинального режима работы

 

Показатели	Формула расчета	Значение
Номинальный момент, mn, нм		224.24
Максимальный момент, mk, нм		672.72
Номинальное скольжение, sn		0.035
Критическое скольжение , sk		0.202
Скольжение sк2,5		0.505
Скольжение sк3,0		0.606
Частота вращения ротора, nk, мин-1		1197
Пусковой момент двигателя, нм		261

2.4.3. Формула Клосса

Основные формулы:

 

Момент двигателя:

Частота вращения ротора:

 

Таблица 8

Расчет в среде EXEL

 

s	n	n=f(M)	n=f(Msk2,5)	n=f(Msk3)
0	1 500	0	0	0
0,05	1 425	314	132	110
0,1	1 350	535	256	216
0,15	1 275	644	367	314
0,2	1 200	673	461	400
0,25	1 125	658	535	474
0,3	1 050	623	591	535
0,35	975	583	630	583
0,4	900	541	655	619
0,45	825	503	668	644
0,5	750	467	673	660
0,55	675	435	670	670
0,6	600	407	663	673
0,65	525	381	652	671
0,7	450	358	638	666
0,75	375	338	623	658
0,8	300	319	607	648
0,85	225	303	591	636
0,9	150	288	574	623
0,95	75	274	558	610
1	0	261	541	596

 

Построенная по паспортным данным двигателя механическая характеристика называется естественной (Приложение Б). Если изменять величину подведенного напряжения, активное сопротивление ротора или другие параметры, то можно получить механические характеристики, отличные от естественной, которые называют искусственными.

При увеличении активного  сопротивления обмотки ротора за счет введения реостата R_доб в цепь фазного ротора сохраняется неизменным М_кр, т.е. сохраняется перегрузочная способность двигателя, но происходит увеличение пускового момента. Частота вращения в режиме идеального холостого хода остается неизменной, равной n₀. С увеличением активного сопротивления обмотки ротора механические характеристики становятся мягче, т.е. ухудшается устойчивость работы двигателя.

Участок 1-3 соответствует  устойчивой работе, участок 3-4 – неустойчивой работе. Точка 1 соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n = n₀. Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты М_н и n_н. Точка 3 соответствует критическому моменту М_кр и критической частоте вращения n_кр. Точка 4 соответствует пусковому моменту двигателя М_пуск.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В результате работы спроектирована схема управления асинхронного двигателя  с фазным ротором в функции тока с динамическим торможением, который питается от 3х – фазной промышленной сети переменного тока с линейным напряжением 380 В частотой 50 Гц.

В процессе выполнения КПР  произведен расчет и выбор двигателя   ______, смоделированы система управления и защиты, рассчитаны и построены все необходимые характеристики, осуществлен выбор необходимых элементов управления.

Основным достоинством динамического торможения является точная остановка. Основные недостатки динамического торможения: необходим источник постоянного тока и неэкономичность.

При проектировании использовались программы MICROSOFT WORD, MICROSOFT EXEL, MICROSOFT Visio, Splan.

 

Приложение А Нагрузочная диаграмма