Курсовая работа (т): Расчет электрического привода

Расчет электрического привода

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Кумертауский филиал

Федерального государственного образовательного бюджетного

учреждения

Высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

(Кумертауский филиал ОГУ)

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Электрический привод»

Расчёт электрического привода

КФ ГОУ ОГУ 140211.65.9 0 15.27 ПЗ

Руководитель работы

Фёдоров С.В.

Исполнитель

студент гр. 10-ЭПП 1з

Ефтин К.Е.

Кумертау 2015 г.

Аннотация

В пояснительной записке к курсовой работе по дисциплине «Электрический привод» представлен расчет и проверка электрического асинхронного двигателя серии 4А.

Пояснительная записка содержит 40 страниц, 4 таблицы, 5 источников, 4 графика

Содержание

Введение

Исходные данные

. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя привода

. Определение необходимой мощности асинхронного двигателя привода

. Проверка правильности выбора мощности двигателя по нагреву методом средних потерь

. Расчет и построение механической характеристики электродвигателя

. Расчет и построение механической характеристики рабочей машины

. Определение продолжительность пуска электродвигателя с нагрузкой

. Расчет потерь энергии в асинхронном двигателе при номинальном напряжении питания и пуске системы

. Расчет предельно допустимой частоты включений электропривода

. Расчет и построение кривой изменения превышения температуры электродвигателя

. Принципиальная электрическая схема автоматического управления электродвигателем

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Электроприводом называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Нельзя представить себе ни одного современного производственного механизма, в любой области техники, который не приводился бы в действие электроприводом. В электроприводе основным элементом, непосредственно преобразующим электрическую энергию в механическую, является электродвигатель, который чаще всего управляется при помощи соответствующих преобразовательных и управляющих устройств с целью формирования статических и динамических характеристик электропривода, отвечающих требованиям производственного механизма.

Целью данной курсовой работы является расчет системы автоматизированного электропривода рабочей машины.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов. Они широко используются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности в эксплуатации и сравнительно низкой себестоимости. Наиболее простыми в отношении устройства и управления, надежными в эксплуатации, имеющими наименьшую массу, габариты и стоимость при определенной мощности, являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

При выборе двигателя по мощности следует исходить из необходимости его полного использования в процессе работы. В случае завышения номинальной мощности двигателя снижаются технико-экономические показатели электропривода, то есть коэффициент полезного действия и коэффициент мощности. Если же нагрузка на валу двигателя превышает номинальную, то это приводит к росту токов в его обмотках, а значит и потерь мощности выше соответствующих номинальных значений. Для обоснованного выбора асинхронного двигателя необходимо знать, как изменяется нагрузка на валу двигателя во времени, что в свою очередь позволяет судить о характере изменения потерь мощности. С целью определения нагрузки двигателя большинства производственных механизмов строятся так называемые нагрузочные диаграммы, под которыми понимаются зависимости развиваемых двигателем момента и мощности от времени

Исходные данные

1. Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя привода

По исходным данным построим нагрузочную диаграмму (Приложение рис. 1.1).

Рассчитаем эквивалентную по нагреву постоянную мощность нагрузки на валу электродвигателя по выражению

, (1.1)

где Р_i - мощность на валу электродвигателя в i-й период работы, кВт;_i - продолжительность i-гo периода работы, мин;- количество периодов нагрузки.

Рассчитаем среднюю мощность нагрузки на валу электродвигателя по выражению

 (1.2)

Степень неравномерности нагрузки оценивается на основании расчета значения коэффициента формы нагрузочной диаграммы

 (1.3)

По значению коэффициента формы нагрузочной диаграммы определим вид нагрузки: постоянная - 1,0.

2. Определение необходимой мощности асинхронного двигателя привода

Мощность электродвигателя из условия обеспечения его допустимого нагрева при работе определяется по соотношению

,  (2.1)

где Р_н - номинальная мощность электродвигателя, кВт;_м - коэффициент механической перегрузки.

Коэффициент механической перегрузки , определяется через коэффициент тепловой перегрузки двигателя p_τ:

,  (2.2)

, (2.3)

где α - отношение постоянных потерь мощности электродвигателя к переменным, для асинхронных двигателей общего назначения α=0,5-0,7;

- продолжительность работы электродвигателя с нагрузкой, мин;₀ - продолжительность отключения электродвигателя до следующего включения, мин, принять 10;

β₀ - коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи двигателя в отключенном состоянии и равный отношению теплоотдачи отключенного двигателя к теплоотдаче при его работе: для закрытых, без наружного охлаждения или с принудительной независимой вентиляцией - 0,9-1,0; для закрытых с наружным охлаждением от собственного вентилятора на валу двигателя - 0,45-0,55; для защищенных, с вентиляцией от собственного вентилятора на валу - 0,25-0,35; принять β₀= 0,5._н - постоянная времени нагрева электродвигателя, мин. Принять для первоначального выбора мощности электродвигателя из условия допустимого нагрева по соотношению (2.1) T_н = 20 мин.

, (2.4)

где М_П(U) - пусковой момент электродвигателя с учетом возможного снижения напряжения питания при пуске, Н·м;_стр - момент статического сопротивления на валу двигателя при трогании, Н·м, принимается равным M_мо=0,2М_мн ;

М_изб - минимальный избыточный момент, необходимый для обеспечения пуска двигателя, Н·м, обычно M_изб=0,2М_мн.

Применительно к асинхронному двигателю привода соотношение (2.4) можно записать в виде:

,(2.5)

где  - кратность пускового момента асинхронного двигателя по отношению к его номинальному моменту, находится по справочным данным (таблицы Б.1-Б.2);

- относительный уровень питающего напряжения при пуске асинхронного двигателя в долях от номинального .

Если обе части выражения (2.5) умножить на номинальную угловую скорость вращения асинхронного двигателя  и учесть, что , то окончательно получим формулу для определения необходимой мощности асинхронного двигателя из условия обеспечения его пуска:

.(2.6)

Для обеспечения статической устойчивости электропривода мощность двигателя должна быть достаточной, чтобы выполнялось условие статической устойчивости:

 (2.7)

где М_K(U) - максимальный (критический) момент двигателя, с учетом возможного снижения напряжения питания при работе двигателя, Н·м;

 - максимальный момент статической нагрузки на валу двигателя при его работе с максимальной нагрузкой согласно нагрузочной диаграмме, Н·м.

Применительно к асинхронному электроприводу выражение (2.7) можно представить в виде:

,(2.8)

Умножив обе части соотношения (2.8) на номинальную угловую скорость вращения асинхронного двигателя и учитывая, что , получим формулу для расчета мощности асинхронного двигателя из условия обеспечения статической устойчивости электропривода:

. (2.9)

3. Проверка правильности выбора мощности двигателя по нагреву методом средних потерь

Выберем двигатель типа 4А80В2.

Номинальная мощность выбираемого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором должна быть достаточной, чтобы обеспечивалось выполнение условий (2.1), (2.6) и (2.9).

Правильность выбора мощности электродвигателя, исходя из обеспечения его допустимого нагрева, уточняется методом средних потерь. Для правильно выбранного электродвигателя должно обеспечиваться условие:

,(3.1)

где  - номинальные потери мощности в электродвигателе, Вт;

 - средние потери мощности в электродвигателе, Вт;

 - уточненное значение коэффициента тепловой перегрузки.

Уточненный коэффициент тепловой перегрузки электродвигателя рассчитывается по (2.3) с использованием уточненного значения постоянной времени нагрева  после предварительного определения мощности двигателя по (2.1), (2.6) и (2.9).

Необходимое значение  в минутах определим по формуле:

,(3.2)

где m - масса выбранного электродвигателя, кг;

 - номинальный КПД двигателя;

 - номинальная (паспортная) мощность двигателя, Вт;

 - номинальное превышение температуры обмотки статора электродвигателя при измерении методом сопротивления, 0С.

Обмотки асинхронных электродвигателей серии 4А с высотами оси вращения 50-132 мм имеют изоляцию класса нагревостойкости B, с высотами 160-355 мм - класса F. Обмотки асинхронных электродвигателей серии АИР имеют изоляцию класса нагревостойкости F. Классы нагревостойкости изоляции характеризуются следующими температурами допустимого нагрева: класс Y - 90°С, А - 105°С, E - 120°С, B - 130°С, F - 155°С, H - 180°С и C - свыше 180°С. Значения допустимых превышений температуры  частей электрических машин при температуре газообразной охлаждающей среды 40°С для изоляции класса нагревостойкости А составляет 60°С, класса Е - 75°С, В - 80°С, F - 100°С и Н - 125°С.

Номинальные потери мощности  в Вт могут быть рассчитаны по известной номинальной мощности выбранного электродвигателя , выраженный в Вт, и по известной величине номинального КПД:

. (3.3)

Средние потери мощности в электродвигателе определяются по выражению:

 (3.4)

где  потери мощности в электродвигателе для i-го периода работы, Вт.

В свою очередь  определяют по выражению:

 (3.5)

где  - нагрузка на валу электродвигателя для i-го периода работы, Вт;

 - КПД электродвигателя при  нагрузке.

КПД электродвигателя для любой i P нагрузки находится по данным или рассчитывается по выражению:

 (3.6)

где α - отношение постоянных потерь мощности электродвигателя к переменным. При отсутствии этих данных принять a = 0,6;

 - степень загрузки двигателя.

При холостом ходе электродвигателя (P₂=0, =0) потери мощности в нем определяются постоянными потерями и равны:

 (3.7)

Результаты расчета потерь мощности ∆P_i на участках нагрузочной диаграммы занести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Данные к построению кривой изменения превышения температуры электродвигателя