Расчет мощности приводного двигателя

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. 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)Продолжительностьработы по периодам, минР1Р2Р3Р4t1t2t3t4283114612853Таблица № 2 – Исходные данные № вариантаЭлектрическая схема управления электродвигателем6Автотрансформаторный пуск АД КЗР1 Расчет мощности приводного двигателяПо исходным данным строим нагрузочную диаграмму двигателя Р = f(t). Рисунок 2.1 - Нагрузочная диаграмма рабочей машиныЭквивалентная мощность двигателя за время работы:, (1)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:, (2)где Км – коэффициент механической перегрузки двигателя, определяемый, (3)гдеα =0,6 – коэффициент, равный отношению постоянных потерь мощности двигателя к переменным;е = 2,7 – основание натурального логарифмаtр = t1 + t2 + t3 + t4 – время работы двигателя, мин;Тн – постоянная времени нагрева двигателя, мин. На предварительном этапе расчётов принять Тн = 20 мин.Выбираем электродвигатель из условия Р2ном ≥ Ррасч и синхронной скоростью n0 = 1500 об/мин.Выбираем асинхронный двигатель 4АМ132S4У3 со следующими техническими характеристиками: РН=7,5 кВт, nH=1455 об/мин, ηН=0,875, cosφ=0,86, kI=7,5, mП=1,2, mmin=1,6, mK=2,2, JP=0,028 кг∙м2.2 Проверка предварительно выбранного электродвигателя2.1 На перегрузочную способностьНоминальный момент двигателя: (4)гдеКритический момент: (5)Максимальный рабочий момент:, (6)где Проверка на перегрузочную способность:, (7)где ΔU = 10 %, в расчётах ΔU = 0,1.Условие перегрузки (7) выполняется.2.2 Проверка на нагрев методом средних потерьТемпература нагрева двигателя не превышает допустимую величину при условии:, (9)где ΔРНОМ = Р2НОМ (1-ηНОМ)/ ηНОМ, ΔРСР – номинальные и средние потери электродвигателя, Вт.ΔРНОМ =7500 (1-0,875)/ 0,875=1070 Вт,Коэффициент тепловой перегрузки КТ определяется по формуле:, (10)где Тн – постоянная времени нагрева проверяемого двигателя, мин;, (11)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=80◦С), 160…355 мм – класс F (τдоп=100◦С). Определим потери мощности двигателя на каждом периоде нагрузки: (12)Значение Рi берутся из нагрузочной диаграммы (Р1 – Р4). Коэффициент полезного действия ηi при любой нагрузке определяется: (13)где хi показатель загрузки двигателя на i-ом интервале нагрузочной диаграммы. (14)Величина средних потерь в двигателе за время работы:, (15)Условие проверки двигателя выполняется, при заданной нагрузке температура двигателя не превысит допустимую величину. 2.3 Проверка на нагрев методом расчета температурыВ 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:, (16)где τустi – установившееся значение температуры превышения на участке диаграммы, град.Установившееся значение температуры превышения на каждом интервале нагрузки:. (17)Теплоотдача А, Вт/град:, (18)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:,(19), (20)На втором участке: τ2нач= τ1кон(21), (22)На третьем и четвёртом участке расчёт производится аналогично.Кривая охлаждения двигателя:, (23)где Т0 – постоянная времени охлаждения двигателя, мин;τнач – начальная температура охлаждения двигателя после его отключения, принимается равной τ4кон, ◦С. Т0=2∙ Тн.Принимаем t= Т0, 2Т0, 3Т0, 4Т0, 5Т0.Результаты расчетов сводим в таблицу №2.1 и 2.2.Таблица №2.1 – Данные расчетов нагрева двигателяНагревР1Р2Р3Р4Расчетнаяточка00,5t1t10,5t2t20,5t3t30,5t4t4Время, мин0612162012,52526,528Темп-ра, ◦С01625333844504944Таблица №2.2 – Данные расчетов охлаждения двигателяРасчетнаяточка0Т02Т03Т04Т05Т0Время, мин28108177246315384Темп-ра, ◦С449310,50По результатам расчета нагрева и охлаждения двигателя строим график рис. 2.1.Рисунок 2.2 – График изменения температуры электродвигателяАнализирую график рис. 2.2, делаем вывод, что нет превышения электродвигателем допустимой величины температуры в процессе работы.2.4 Проверка выбранного двигателя на нагрев методом эквивалентных величинПо заданию пуск осуществляют с постоянным моментом сопротивления, равным 0,3МН. Момент инерции рабочей машины равен 2Jд.Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя по пяти точкам.Каждая точка механической характеристики имеет две координаты: угловая скорость ω и момент, развиваемый двигателем М.Точка 1:- угловая синхронная скорость:- М0=0.Точка 2:- номинальная угловая скорость:номинальный момент:Точка 3:- угловая скорость, соответствующая критическому моменту: - критический момент: Точка 4:- угловая скорость, соответствующая минимальному скольжению smin=0,85:минимальный момент двигателя:Точка 5:- угловая скорость при пуске ωП=0.- пусковой момент двигателя:Рисунок 2.3 – Механическая характеристика двигателя, построенная по 5 точкам.Расчет механической характеристики по формуле Клосса.Подставим рассчитанные ранее параметры двигателя и произведем расчет механической характеристики.Рисунок 2.4 – Механическая характеристика двигателя, построенная формуле Клосса.Расчет электромеханической характеристики.Рассчитаем номинальный ток двигателя:Точка 1: ток на холостом ходу: Точка 3:- ток при критическом моменте:Точка 4:- пусковой ток:Рисунок 2.5 – Электромеханическая характеристика двигателя.Суммарный приведенный момент инерции:Произведем расчет времени пуска. На динамической механической характеристике двигателя выделим три участка разгона: ω0=0, ω1=23,6 рад/с, ω2=123,6 рад/с, ω3=155 рад/с. На каждом интервале разгона определим среднее значение динамического момента двигателя ΔМ1=72 Н∙м, ΔМ2=78 Н∙м, ΔМ3=48 Н∙м.Рисунок 2.6 – Динамическая механическая характеристика. Суммарное время пуска двигателя:Рисунок 2.7 – Пусковая диаграмма.Эквивалентный ток за время пуска: (39)IСР – среднее значение тока двигателя на интервалах времени Δt1…Δt6. Нагрузочная диаграмма двигателя за время работы.Ток двигателя по интервалам:, (40) С учетом полученных результатов строим нагрузочную диаграмму.Рисунок 2.8 – Нагрузочная диаграмма.Эквивалентный ток двигателя за время работы:,(41)Коэффициент механической перегрузки:, (42)Проверяем на нагрев:, (43)Условие выполняется, то расчёт выполнен верно. 3 Расчет и выбор автоматического выключателяАвтоматический выключатель выбирается по условиям:1)UНОМ ≥ UСЕТИ НОМ=380 В2) IНОМ ≥ IН ДВ =15,1 АНоминальный ток максимальных расцепителей тепловой защиты и электромагнитной отсечки IНР выбираются наименьшими близкими к номинальному току двигателяIНР ≥ IН ДВ (44)Выбираем автоматический выключатель ВА60-26-31,5 А. Проверка уставки тепловой защиты. Ток срабатывания защиты двигателя от перегрузкиIСР = КТ IНР=1,2 20=24 А (45)где КТ – кратность срабатывания теплового расцепителя тока.Проверка электромагнитной отсечки. Ток уставки электромагнитного расцепителяIЭМ ≥ К IНР = 12 20 = 240 А (46)где К – коэффициент кратности тока уставки электромагнитного расцепителя.Электромагнитный расцепитель не должен срабатывать во время пуска двигателя:IЭМ (1 - ΔI) ≥ IН ДВ iП КОТКЛ (47)где ΔI=0,15 – относительная погрешность тока срабатывания электромагнитного расцепителя; iП – кратность пускового тока; КОТКЛ = 1,1…1,2 – коэффициент, учитывающий колебания тока двигателя.240 0,85 =204 А ≥ 15,1 7,5 1,1=124,6 А Расход электроэнергии за время выполнения работы:, (48)4 Электрическая схема управленияСхема автотрансформаторного пуска АД КЗР представлена на рисунке 4.1.Рисунок 4.1 – Схема пуска АД ФР с помощью резистора в цепи ротора.Список использованных источников1. Анучин, А.С. Системы управления электроприводов / А.С. Анучин. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2015. - 373 c.2. Бекишев, Р.Ф. Электропривод: Учебное пособие для академического бакалавриата / Р.Ф. Бекишев, Ю.Н. Дементьев. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 301 c.3. Бурков, А.Ф. Основы теории и эксплуатации судовых электроприводов: Учебник / А.Ф. Бурков. - СПб.: Лань, 2018. - 340 c.4. Бурков, А.Ф. Судовые электроприводы: Учебник / А.Ф. Бурков. - СПб.: Лань, 2019. - 372 c.5. Васильев, Б.Г. Электропривод.Энергетика электропривода: Учебник / Б.Г. Васильев. - М.: Солон-пресс, 2015. - 268 c.6. Васильев, Б.Ю. Электропривод. Энергетика электропривода / Б.Ю. Васильев. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2015. - 268 c.7. Епифанов, А.П. Электропривод в сельском хозяйстве: Учебное пособие / А.П. Епифанов, А.Г. Гущинский, Л.М. Малайчук. - СПб.: Лань, 2016. - 224 c.