Методические указания к выполнению. К пункту 1.1.Эквивалентная по нагреву мощность нагрузки на валу электродвигателя рассчитывается по выражению

К пункту 1.1. Эквивалентная по нагреву мощность нагрузки на валу электродвигателя рассчитывается по выражению

(1)

где P_i — мощность на валу электродвигателя в i -й интервал работы, кВт;

t_i — продолжительность i -го интервала работы, мин;

m — количество интервалов нагрузки.

Мощность электродвигателя при его полном охлаждении во время паузы в работе выбирают по каталогу (приложение Б) исходя из условия

(2)

где Р _Н — номинальная мощность электродвигателя, кВт;

р _М — коэффициент механической перегрузки.

Коэффициент механической перегрузки р _М определяется через коэффициент тепловой перегрузки двигателя р_Т

(3)

(4)

где t _P — полная продолжительность работы электродвигателя с переменной нагрузкой, мин;

Т _Н – постоянная времени нагрева электродвигателя, мин.

Постоянную времени нагрева Т _Н принять для ориентировочного выбора мощности электродвигателя по (2), равной Т _Н = 20 мин.

Анализируя (3), (4), можно установить, что при t _Р>90 мин p_Т ≈ 1, а следовательно, и р _М ≈ 1.

Каталожные параметры двигателя свести в таблицу 1.

Таблица 1 -

Здесь m_М – кратность минимального вращающего момента электродвигателя по отношению к номинальному моменту;

m_П – кратность пускового вращающего момента электродвигателя по отношению к номинальному моменту;

m_К – кратность максимального вращающего момента электродвигателя по отношению к номинальному моменту;

S _Н – номинальное скольжение электродвигателя, соответствующее номинальному вращающему моменту;

n ₀ – синхронная частота вращения магнитного поля статора электродвигателя, мин^-1;

р – число пар полюсов электродвигателя;

f – частота тока в электрической сети, f = 50 Гц;

K_i – кратность пускового тока.

Ток, потребляемый двигателем в номинальном режиме работы, определяется по формуле

(5)

где U _H – номинальное напряжение электродвигателя, В;

cosφ_Н – номинальный коэффициент мощности;

η_Н – номинальный коэффициент полезного действия.

Пусковой ток

(6)

К пункту 1.2. Механическую характеристику асинхронного электродвигателя ω = f ₁(M_дв) строят на основании каталожных данных. Для этого вычисляют его вращающие моменты для следующих угловых скоростей, соответствующих скольжениям: 0; S_H; S_K; S_min = 0,8 и S _П = 1,0.

Вращающий пусковой момент М _П электродвигателя при S _П = l,0, минимальный момент М _min при S _min = 0,8 и критический момент М _К при S _К определяют, используя кратности пускового m_П, минимального m_min и критического m_К моментов по выражению

(7)

где – номинальный вращающий момент электродвигателя, Н*м;

– номинальная угловая скорость вращения вала электродвигателя, рад/с (n_H – номинальная частота вращения, мин^-1).

Вращающие моменты электродвигателя для промежуточных точек механической характеристики электродвигателя необходимо вычислить приблизительно для скольжений S от 0,1 до 0,9 с интервалом 0,1 на основании упрощенной формулы Клосса

(8)

где – максимальный вращающий момент электродвигателя, Н*м;

– критическое скольжение электродвигателя, соответствующее максимальному вращающему моменту.

Данные расчета механической характеристики ω = f ₁(M_дв) свести в таблицу 2. Переход от скольжения к угловой скорости производится по формуле

(9)

где – синхронная угловая скорость вращения магнитного поля, рад/с.

При построении механических характеристик ω = f ₁(M_дв) значения ω располагают по оси ординат (функция), а значения М – по оси абсцисс (аргумент).

Интерполируя механическую характеристику двигателя в ее пусковой части, следует учесть, что при скольжениях S > S_K формула Клосса занижает действительные вращающие моменты. В частности, для S = 0,4 вращающий момент, вычисленный по (8), будет несколько занижен.

Таблица 2 – Данные к построению механической характеристики

асинхронного двигателя

К пункту 1.3. Номинальный момент на валу рабочей машины М _МН, соответствующий номинальной частоте вращения ее рабочего органа n _МН, принимаем равным

где – передаточное отношение передаточного механизма от электродвигателя к рабочей машине;

µ_пер – КПД передаточного механизма (для всех вариантов µ_пер принять равным µ_пер = 0,9).

Для приведения моментов вращения рабочей машины к валу электродвигателя, используют соотношение

(10)

где М_С – приведенный момент сопротивления, Н*м.

С учетом выражения (10) приведенный момент статического сопротивления на валу электродвигателя запишется

(11)

где М _М0 – момент сопротивления холостого хода, Н*м;

Х – показатель степени, определяющий характер протекания зависимости ω = f ₂(М _С).

Присваивая ω значения от 0 до ω₀, рассчитывают зависимость ω = f₂ (М _C). Для всех вариантов значение М _М0 принимается равным М _М0 = 0,2 М _МН. Полученные значения заносятся в таблицу 3.

Таблица 3 – Данные к построению механической характеристики рабочей машины, приведенной к валу электродвигателя

На основании расчетных данных строится кривая ω = f₂ (М _C) на том же графике, что и механическая характеристика электродвигателя ω = f ₁(M_дв). Необходимо обратить внимание, что в точке с координатами М _Н и ω_Н указанные характеристики должны пересечься.

К пункту 1.4. Графоаналитический метод расчета продолжительности пуска и торможения электропривода, получивший название метода площадей, подробно изложен в рекомендованных пособиях [1, с. 36-37].

Приведенный момент инерции системы электродвигатель – рабочая машина относительно вала электродвигателя определяется по выражению

(12)

где k – коэффициент, учитывающий момент инерции передаточного механизма от электродвигателя к рабочей машине. Для всех вариантов k принять равным k= 1,5.

Используя построенные механические характеристики электродвигателя ω = f ₁(M_дв) и рабочей машины ω = f₂ (М_C), графически находим их разность – кривую избыточного (динамического) момента: ω= f ₃(М_изб) = f ₃(M _дв - М _C). Эту кривую заменяют ступенчатой с участками, на которых избыточный момент постоянен и равен его среднему значению М_{изб. i}.

Продолжительность разгона электропривода на каждом i -м участке угловых скоростей рассчитывают по выражению

(13)

где – интервал изменения угловой скорости на i -м участке, рад/с;

М_{изб. i} – средний избыточный момент на i -м участке, принимаемый постоянным, Н*м.

Полная продолжительность пуска равна сумме частичных продолжительностей

где т – количество ступеней, на которые разбивается кривая избыточных (динамических) моментов.

Результаты расчета сводятся в таблицу 4.

Таблица 4 – Данные расчета продолжительности пуска электропривода с нагрузкой

Номера участков по направлению разгона			…	m
ωнач, рад/с
ωкон, рад/с
, рад/с
М изб. i, Н*м
∆ ti, с
с

По времени разгона системы привода сделать вывод о степени тяжести пуска электродвигателя.

К пункту 1.5. Вращающий момент асинхронного электродвигателя для любой фиксированной частоты вращения прямо пропорционален квадрату приложенного напряжения, поэтому для всех частот вращения справедливо соотношение

(14)

где М_{(U н )} – вращающий момент асинхронного электродвигателя при номинальном напряжении, Н*м;

М_(U) – вращающий момент асинхронного электродвигателя при той же частоте вращения, но при пониженном напряжении, Н*м;

– относительное значение снижения напряжения.

Для оценки возможности запуска электродвигателя при нагрузке в случае снижения напряжения на ∆ U % необходимо пересчитать вращающие моменты электродвигателя прямо пропорционально квадрату напряжения

и построить зависимость ω = f ₄(М_{дв ( U )}), совместив ее с механической характеристикой рабочей машины, приведенной к валу электродвигателя. Это позволит сделать заключение: электродвигатель не запустится, запустится или электродвигатель «застрянет» и не развернется до частоты вращения, соответствующей рабочему участку его механической характеристики.

Если хотя бы на одном участке механических характеристик разгона электропривода М_{изб ( U )} < 0, то необходимо сделать заключение, что при пуске с нагрузкой и понижении питающего напряжения на ∆ U % электропривод не запустится. ∆ U % для всех вариантов принять равным 20%.

К пункту 2. Электрическая схема автоматического управления электроприводом производственного механизма вычерчивается на листе миллиметровой бумаги размером 297х210 мм в соответствии с ГОСТ 2.710—81. Описание работы схемы должно быть кратким. Необходимо предусмотреть защиту электродвигателя от токов короткого замыкания и от перегрузки. При защите электродвигателей от перегрузки тепловые расцепители и тепловые реле выбирают по номинальному току защищаемого двигателя I _тр = (1,01... 1,05) I _H.

Для обеспечения надежной работы плавких предохранителей, включенных в цепи электродвигателей, номинальный ток плавкой вставки должен быть I _вн >I _П/α, где I _П – пусковой ток электродвигателя, α = 2,5...1,6 – коэффициент, учитывающий условия пуска (при легком пуске α = 2,5, при тяжелом (затяжном) α = 1,6).

При отсутствии ГОСТ для уточнения условных обозначений в заданной схеме можно использовать в качестве примера схемы, помещенные в последних номерах технических журналов текущего года.

Технические характеристики выбранного электрооборудования поместить в спецификацию.

Рекомендуемая литература

1. Электропривод и электрооборудование: учеб. для вузов / Междунар.ассоц."Агрообразование". - М.: КолосС, 2006. – 327 с..

2. Епифанов А. П. Основы электропривода: учеб. пособие для вузов /СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2009. - 191 с.

3. Епифанов А. П. Электропривод в сельском хозяйстве: учеб. пособие для вузов / А. П. Епифанов, А. Г. Гущинский, Л. М. Малайчук. - СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2010. - 223 c.

4. Рекус Г.Г. Электрооборудование производств: Учеб.пособие для студентов вузов. - М.: Высшая школа, 2005. – 708 с.

5. Электропривод и электрооборудование: Метод. указания. Ч. 1: Основы эксплуатации электропривода / Сост. Н.М. Андрианов; НовГУ. – Великий Новгород. 2013. – 56 с.

Приложения

Приложение А

(обязательное)

ЗАДАНИЕ

К расчетно-графической работе по дисциплине «Электропривод и электрооборудование»

__________________________________________________________

Фамилия, имя отчество Шифр

(порядковый номер в списке группы)

Пункт 1. Параметры нагрузочной диаграммы электродвигателя и рабочего механизма:

Пункт 2. Наименование рабочего механизма:

_________________________________________________________

Задание выдал __________________

Дата _________

Приложение Б

(справочное)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: