Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

электродвигатель мощность аппарат

Введение

1. Предварительный выбор электродвигателя по эквивалентной мощности

2. Расчет недостающих параметров двигателя

3. Проверка электродвигателя по условиям пуска и на перегрузочную способность

4. Расчёт и построение механической характеристики электродвигателя

5. Расчет механической характеристики

6. Построение характеристики и определение времени пуска по методу Эйлера

7. Проверка возможности пуска двигателя при снижении напряжения сети

8.Построение кривых и проверка двигателей по перегреву

9. Выбор аппаратов управления и защиты электродвигателя

10. Описание работы электрической схемы

Введение

Уборка навоза- трудоемкий процесс, который занимает в производсвенном цикле ферм и комлексов значительное время. Поэтому разработка устройств, обеспечивающих надежное управление работой новых уборочных транспортеров в животноводстве- очень важная задача.

На животноводческих фермах широко распостранены скребковые транспортеры ТСН-3,0Б, ТСН-160 и другие.

Транспортеры кругового движения ТСН-3,0Б и ТСН-160 состоят из горизонтального и наклонных транспортеров.

В процессе уборки навоза транспортером кругового движения нагрузка электродвигателя меняется. Например, пуск горизонтального транспортера осуществляется при максимальной нагрузке.

Электродвигатели и их схемы управления в условиях животноводческих ферм работают в неблагоприятных условиях. Параметры окружающей среды фермы редко отличаются от установленных норм обычной среды.

К таким параметрам относятся влажность, загазованность, запыленность. Повышенные влажность, концентрация углекислого газа, аммиака, сероводорода в совокупности вызывают увлажнение и постоянное разрушение изоляции с повышением утечки тока на корпус.

Особенно эти стечения обстоятельств вредны для электродвигателей, когда они работают и их обмотки не нагреваются, а значит не просушиваются, или когда они работают незначительное число часов в сутки.

Для фермы справедливо утверждение: чем больше времени двигатель работает, тем суше его обмотки.

При работе двигателя в среде с повышенной запыленностью пыль оседает на обмотки, снижается теплоотдача, возникает увеличение нагрева обмоток, а значит сокращение их срока службы.

Агрессивные газы ускоряют коррозию конструктивных элементов и контактов аппаратов и двигателей.

Все это требует не только тщательного выбора двигателей, разработки надежных схем управления, но и подбора аппаратов защиты двигателей.

Этим последним задачам и посвящается данная работа.

1. Предварительный выбор электродвигателя по эквивалентной мощности

В зависимости от характера нагрузочной диаграммы, по формулам из литературы [5, с. 22] составляем формулу для расчета эквивалентной мощности электродвигателя.

В нашем случае для одного цикла длительного режима работы имеем такую формулу:

,

где t₁, t₂, t₃, t₄ и P₁, P₂, P₃, P₄ - задано в задании;

P₁, P₂, P₃, P₄ - заданная нагрузка;

t₁, t₂, t₃, t₄ -заданный интервал времяни.

После подстановки получаем следующее решение:

Из литературы [7, с.190] выбираем современный электродвигатель серии АИР по такому условию: , то есть 4 > 3,437 кВт.

Данные выбранного двигателя заносим в таблицу 1.1

Таблица 1.1 Паспортные данные электродвигателя

Тип электродвигателя	Pн кВт	Uн В	Iн А	? %	cos ? -	Sн %	-	-	ki -
АИР 112 МВ6	4,0	380	9,1	82,0	0,81	5,0	2,0	2,2	6,0

Пусть

м_n = m_n ;

м_k = m_k ;

k_i = k_I .

2. Расчет недостающих параметров двигателя

По заданию имеем такие синхронные обороты:

n₁ = n₀ = 1000 об/мин .

Тогда синхронная угловая частота вращения

с^-1.

Номинальные обороты ротора

об/мин.

Номинальная угловая частота вращения

с^-1.

Номинальный момент двигателя

Нм.

Пусковой момент двигателя

,

где м _n - кратность пускового момента.

Тогда после подстановки получаем:

М _п = 40,211 · 2 = 80,421 Нм.

Критический максимальный момент двигателя

Нм.

Критическое скольжение электродвигателя

.

Критические обороты двигателя

об/мин.

Критическая частота вращения

с^-1.

Эквивалентный момент на валу электродвигателя

Нм.

3. Проверка двигателя по условиям пуска и на перегрузочную способность

Проверку двигателя по условиям пуска выполним по формуле из литературы [1, с. 202]

,

где М_П - пусковой момент двигателя;

К_u - коэффициент снижения напряжения в сети;

- коэффициент запаса;

- момент трогания с учётом нагрузочной диаграммы.

Принимаем из литературы [9, с.62, 126] величину = 1,2 ч 1,3.

Коэффициент

,

где величина задана в задании.

Тогда

Для определения величины М_т надо учесть реальные условия пуска рабочей машины. Для транспортёров и поточных линий.

Нм,

где Р_max берём из нагрузочной диаграммы при t = 0.

Тогда проверяемое условие запишется так:

;

;

И так, условие пуска выполняется.

Проверку двигателя по максимальному моменту выполняем по рекомендации из [9, с. 62] по такому условию:

,

где М_maxграф - максимальный нагрузочный момент с учётом нагрузочной диаграммы.

,

где Р_{max граф} -максимальная мощность из нагрузочной диаграммы.

Тогда после подстановки получаем:

(Нм)

После числовой подстановки условие проверки запишется так:

( М_к = 88,464 Нм ) > ( М _{тах граф}=40,10 Нм ),

т.е. условие выполняется (в противном случае надо брать другой двигатель).

4. Расчёт и построение механической характеристики электропривода

Находим обороты, соответствующие заданным скольженьям, то есть

об/мин;

об/мин;

об/мин;

об/мин;

об/мин.

Переходим от оборотов n_i к частоте вращения щ_i, то есть

с^-1;

с^-1;

с^-1;

с^-1;

с^-1.

После подстановки найденных значений в формулу Клосса, получаем

Нм;

Нм;

Нм;

Нм.

Полученные данные заносим в таблицу 4.1

Таблица 4.1 координаты характеристики

S	0	Sн=0,05	Sк=0,21	0,1	0,3	0,5	1,0
,с-1	105	99,75	83,16	94,5	73,5	52,5	0
М,Нм	0	40,21	88,46	69,09	82,85	62,74	35,28



По результатам таблицы на рисунке 4.1 строим расчетную характеристику . Затем на этом же рисунке строим каталожную характеристику, используя координаты двух точек и , то есть фактически через эти две точки, на нужном участке проводим прямую. Из сравнения расчётной и каталожной характеристики видим, что характеристики сильно отличаются на неустойчивой части.

5. Расчет механической характеристики

Для расчета используем известную эмпирическую формулу:

,

где М_с = - общий приведенный момент электродвигателя;

- номинальный приведенный момент сопротивления при ;

- начальный приведенный момент электродвигателя при ;

х -коэффициент, задан выше.

Принимаем примерно

М_нач.пр.=0,2М_рмн.пр.=0,2М_сн.пр.=0,2М_э.

Тогда

М_нач.пр.=0,2*34,456 = 6,89 (Нм).

Далее задаемся величинами

щ=0; 0,2щ_н; 0,5щ_н; 0,7щ_н; 1щ_н.

Так как х=0, то после подстановки в формулу (5.1), получим

Мс=6,89 + (34,456 - 6,89)* 34,456 (Нм).

Данные сносим в таблицу 5.1

Таблица 5.1 координаты характеристики

щ	0	0,2щ н	0,5щ н	0,7щ н	щ н
щ (с-1)	0	19,95	49,875	69,83	99,75
Мс Нм)	34,456	34,456	34,456	34,456	34,456

По результатам расчета на рис 4.1 строим характеристику .

6. Построение характеристики и определение времени пуска

На том же рис 4.1 из каталожной кривой графически вычитаем кривую и получаем кривую , где М_д = М_изб = М_дин - динамический (избыточный) момент. Разбиваем кривую на пять участков по горизонтали, при этом берём для удобства

.

Затем на каждом из полученных пяти участков по методу равновеликого треугольника имеем высоту .

После этого для каждого из участков находим время пуска по формуле:

,

где J - суммарный приведенный момент инерции, .

,

где - заданный момент инерции двигателя;

- момент инерции передачи;

- скорость поступательного движения транспортера;

m - масса элементов движущихся поступательно со скоростью ;

- момент сопротивления рабочей машины;

передаточное число редуктора.

Для транспортёров и поточных линий принимаем

0;

=0,2 J_дв.=0,20,021=0,0042 .

Тогда для транспортёров и поточных линий имеем

,

где m_тр - масса транспортёра наклонного(масса цепи);

m_гр - масса груза.

После числовой подстановки получаем

.

Далее для каждого участка _i находим время пуска t_i, то есть

с;

с;

с;

с;

с.

Тогда общее время пуска

,

после подстановки получаем

с.

Для ЭДС с легкими условиями пуска, так как tп=0,088 секунды не больше 8 секунд.

7. Проверка возможности пуска двигателя при снижении напряжения сети

Пусть напряжение в сети село на величину . Для построения кривой c учетом снижения напряжения сети сделаем расчет координат точек по формуле:

,

где величины берем из каталожной характеристики при заданных (произвольно выбранных) значениях частоты вращения .

Результаты расчетов сводим в таблицу 7.1

Таблица 7.1 Результаты расчёта координат

, с-1	0,2н=19,95	0,4н=39,9	0,6н=59,85	0,8н=79,8	н=99,75
Mi, Нм	82,7	84	86	88	34,3
, Нм	37,26	39,45	41,07	42,93	32,4

При этом величины моментов были посчитаны так

Нм;

Нм;

Нм;

Нм;

Нм.

По результатам расчета на рис.4.1 строим кривую . Она идет ниже каталожной характеристики . Из анализа кривых и видно, что при имеем

> Нм,

то есть пуск при таком снижении напряжения возможен.

8. Построение кривых и

Для построения зависимостей и используем рекомендации литературы /5/.

Для построения кривой используем результаты графоаналитического расчета времени на участках . Сведем результаты предыдущих расчетов в таблицу 8.1

Таблица 8.1 Координаты точек кривой

	1	2	3	4	5
с-1	20	20	20	20	20,5
с	0,018	0,017	0,016	0,0158	0,0215

По данным таблицы 8.1 строим на рис. 8.1 кривую , построив перед этим предварительно в левой части графика кривые и каталожную .

Нагрузочную диаграмму строим путем переноса моментов кривой при соответствующих значениях t на ось t.

Например, при t=0 откладываем на ось ординат момент , при - момент и так далее.

По полученным точкам проводим кривую .

Проверка двигателей по перегреву. Для проверки двигателя по допустимому нагреву используем метод средних потерь. Для этого необходимо сравнить средние потери мощности ДР_ср за один цикл работы электродвигателя и номинальные потери ДР_н.

Для правильно выбранного двигателя должно выполняться условие

ДР_ср ? ДР_н.

Номинальные потери мощности двигателя

,

где Р_н и з_н берутся из каталога.

После подстановки получим

=0,878 (кВт).

Если на отдельных участках цепи считать нагрузку постоянной, то средние потери находим по такой формуле:

,

где P_i и t_i берутся для i-го участка.

На каждом из участков нагрузочной диаграммы потери мощности находим по формуле:

,

,

При этом величина з_i при заданном значении P_i находим по такой формуле:

,



Где

;

отношение постоянных потерь мощности в двигателе к его номинальным переменным потерям. Для двигателей общего назначения а=0,5-0,7.

Тогда

= 0,82;

= 0,82;

= 0,815;

= 0,811.

Далее находим потери мощности для каждого из участков

=0,878 (кВт);

=0,878 (кВт);

=0,681 (кВт);

=0,581(кВт).

Далее находим

=0,755 (кВт).



Сравнивая полученную величину ДР_ср с величиной ДР_н проверяем выполнение условия по допустимому нагреву электродвигателя

(ДР_ср=0,755 кВт)<( ДР_н=0,878 кВт).

Итак, условие проверки по допустимому нагреву выполняется.

9. Выбор аппаратов управления и защиты электродвигателя

Выбор предохранителя. Для защиты двигателей от токов короткого замыкания используют предохранители. Предохранители имеют ряд известных недостатков (например, долго срабатывают при малых токах короткого замыкания, а перегрузки до 30 вообще не отключают), но они просты по конструкции. Поэтому при отсутствии других более надежных аппаратов защиты предохранители применяют довольно часто.

Предохранитель может сравнительно надежно защитить электродвигатель, если его плавкая вставка подобрана по расчету.

Сделаем расчет тока плавкой вставки.

Для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором расчетный ток плавкой вставки

,

где - пусковой ток двигателя, А;

-коэффициент.

Пусковой ток

где - кратность пускового тока, принимаем величину для выбранного двигателя из литературы /1/.

Коэффициент для редких пусков и длительности пуска до 10 секунд. При частых пусках и при длительности разбега до 40 секунд принимают .

Тогда в нашем случае расчетный ток вставки

А.

Далее из литературы /3/ выбираем предохранитель типа НПН-60. Патрон закрытый, неразборный, стеклянный с наполнителем, ток патрона I_н.п.=35 А.

I_н.вст.=35 > I_{вст.расч.}=34,24 А

Выбор тепловых реле. Для защиты электродвигателя от токов перегрузки широко используются тепловые реле, встроенные в магнитные пускатели.

Тепловые реле требуют сезонной настройки из-за изменения температуры окружающей среды и, кроме того, выбор тепловых реле надо вести с учетом фактического тока двигателя, так как очень часто двигатель не нагружен номинальным током.

Если электродвигатель загружен до тока I_н.дв.=I_н, тогда номинальный ток теплового реле выбирают так, чтобы ток двигателя находился в диапазоне регулировки номинального тока несрабатывания теплового реле , то есть

<< ;

<< ;



где и ? соответственно минимальный и максимальный токи несрабатывания теплового реле.

Практически для получения максимальных значений и их используют с нагрузкой 65-70% от номинальной.

Поэтому для электродвигателей, загруженных менее чем на 70%, ток несрабатывания теплового реле выбирают из условия

?? ;

где - фактический ток двигателя.

Пусть в нашем случае электродвигатель нагружен до А. Тогда из литературы /4/ выбираем реле типа ТРН-25 с номинальным током не срабатывания теплового реле А. При этом выполняется условие:

<< ,

то есть

<< А.

После выбора номинального тока несрабатывания теплового реле надо это реле настроить с учетом фактического тока двигателя.

Есть два пути для этого. Если реле новое, то можно известным путём сделать расчёт числа делений реле, на которое надо повернуть регулятор реле.

Если реле уже срабатывало или долго эксплуатировалось, то его можно настроить, используя следующий реальный и практический подход.

Для этого через нагревательный элемент пропускают ток 1,5, при этом, предварительно поставив регулятор в положение “+5” делений и ждут 140 секунд. Затем медленно поворачивают регулятор в сторону “-5” делений со скоростью 2 деления в секунду. Там где реле сработало, регулятор в этом положении и оставляют.

Если реле сработало до 140 или после 145 секунд, то такое реле бракуют. Затем ждём, когда остынет нагревательный элемент, и то же самое делаем с другим нагревательным элементом.

Выбор магнитного пускателя. Для данного двигателя выбираем нереверсивный магнитный пускатель по условиям:

I_н.м.п.I_н.дв. ;

U_н.м.п.U_сети ;

P_н.м.п.P_н.дв. .

Для данного двигателя имеем следующие параметры:

А ;

=4 кВт ;

=220 В.

Из литературы /3/ выбираем нереверсивный магнитный пускатель защищенного исполнения типа ПМЕ-112 с тепловым реле.

При этом выполнены вышеназванные условия, то есть:

( В) ( В);

( А) ( А);

( кВт) ( кВт).



Выбор автоматического выключателя. Автоматический выключатель защищает электродвигатель от токов короткого замыкания, токов перегрузки, если он правильно подобран.

Пусть необходимо выбрать автоматический выключатель типа АП-50-3МТ.

Номинальный ток теплового расцепителя берут по условию:

? ,

то есть, практически принимается ближайший меньший ток расцепителя по отношению к известному току двигателя I_н.дв.. Это оправдано, так как тепловой расцепитель имеет очень частую регулировку.

По другим источникам принимают

,

где коэффициент ,

где t ? температура окружающей среды,

Пусть температура окружающей среды t=5 , тогда в нашем случае:

.

Тогда расчетный ток теплового расцепителя

А

Это расчётный ток. Поэтому из литературы /3/ принимаем выключатель АП-50-ЗМТ с номинальным током несрабатывания теплового расцепителя (номинальным током автоматического выключателя) I_Н.А.В., равным I_Н.А.В.=10 А.

Автоматические выключатели АП-50-3МТ выпускают на токи отсечки: 3,5; ; ,

где - номинальный ток несрабатывания теплового расцепителя.

Для защиты электродвигателя с короткозамкнутым ротором расчётный ток отсечки принимают равным

,

где - пусковой ток двигателя.

;

;

А..

Зная величину I_Н.А.В, подбираем стандартный ток отсечки как ближайший больший к полученному расчётному значению I_{отс.расч.}, то есть берём

? ;

где m - стандартная кратность 3,5; 9 или 13 для выключателей АП-50-3МТ, где: 50 - максимальный ток для конструктивной части, А;

3 - число полюсов;

М - наличие электромагнитного расцепителя;

Т - наличие теплового расцепителя.

Сделаем подстановку

А>I_{отс.расч.}=90,09 А.

То есть достаточна отсечка 13 I_А.В..



10. Описание работы электрической схемы

На листе №1 представлены силовая и контактно принципиальная электрические схемы для управления поточной линией с тремя транспортёрами.

В схеме приняты такие буквенные обозначения:

· QS1-QS3 - разъединитель;

· FU1- FU3 - плавкий предохранитель;

· KV - промежуточное реле, реле напряжения;

· HA - звуковая сигнализация;

· R1- R3 - резистор;

· KM1- KM3 - магнитный пускатель;

· KM1- KM3 - контакт магнитного пускателя;

· SB1- SB6 - выключатель кнопочный;

· КТ1- KT4 - реле времени;

· HL1- HL3 - сигнальная лампа;

· M1- M3 - двигатель;

· КК1- КК3 - тепловое реле;

· BL-фоточувствительный элемент;

· SA-переключатель;

· KV1-KV3-реле обрыва фаз;

· M-двигатель реле ВС-10;

· YA-электромагнит.

Рассмотрим работу принципиальной схемы в ручном режиме.

При нажатии разъединителя QS1,QS2,QS3 подается питание на ключ управления SA и на цепь управления электродвигателями.

Ставим переключатель SA в положение “Р”. Пошло питание на сигнализацию HA и на реле времени KT4. Через определенный промежуток времени реле KT4 разомкнет контакт КТ4 и замкнет контакт КТ4. Тем самым отключит звонок HA и подаст питание в цепь управления электродвигателями.

При нажатии кнопки SB1 через магнитный пускатель КМ1 подаются питание на электродвигатель наклонного транспортера М1. Если в силовой цепи управления М1 полнофазный режим и нет обрыва фаз, то РОФ-1 замкнет свой контакт и подаст питание в цепь самоподпитки КМ1. Контакт замкнулся, тем самым дает возможность для включения М2 и М3.

Включение двигателя М2 аналогично схеме включения М1.

С помощью кнопки SB2 отключается катушка пускателя КМ1, пускатель КМ1 отключает двигатель от сети, а значит снимается питание с катушки КМ2 ,что ведет в свою очередь к отключению пускателя КМ2.

Отметим, что при отключении КМ1 отключается М2, т.к. размыкается контакт КМ2, аналогично и М3.

Рассмотрим работу принципиальной схемы в режиме наладки.

Ставим ключ SA в положение “Н” тем самым обходим контакт КМ1 и КМ2. т.е. М1, М2, М3 можем включать по отдельности. Порядок включения ЭД аналогично включению при “P”, только НА включаться не будет.

Торможение двигателей осуществляем с помощью реле торможения. Работа реле происходит следующим образом: при вращении вала реле постоянный магнит, вращающийся в нутрии корпуса, наводит ЭДС в обмотках поворотного статора. В результате взаимодействия магнитных потоков вращающегося магнита и неподвижного статора статор поворачивается. Укрепленный на статоре поводок осуществляет размыкание размыкающих и замыкание замыкающих контактов.

Рассмотрим работу принципиальной схемы в
автоматическом режиме.

Ставим ключ управления в положение “А”.

Подается питание на реле времени ВС-10, контакты ВС-10 4-3 с заданной выдержкой времени ?t замыкается, подается питание на катушку магнитного пускателя КМ1, включается М1. Контакт КМ1 замыкается и включает реле времени КТ2, который замыкая свой контакт КТ2 с выдержкой времени ?t запускает катушку магнитного пускателя КМ2, а следовательно и М2. Контакт КМ2 замыкается и включает реле времени КТ3, которая замыкает свой контакт КТ3 с выдержкой времени ?t и запускает катушку магнитного пускателя КМ3, включается М3.

Отметим, что реле при автоматическом отключении электродвигателей срабатывает так же, как и при ручном режиме.

На листе №2 представлен тиристорный пускатель.

В схеме приняты такие буквенные обозначения:

· QF1- QF3- автоматический выключатель;

· QS1-QS3 - разъединитель;

· KV1- KV8 - промежуточное реле, реле напряжения;

· R1- R21 - резистор;

· VD1 - VD25 - диод ;

· VS1 - VS36 - тиристор ;

· SB1- SB9 - выключатель кнопочный;

· QS1- QS3 - разъединитель;

· KV9-KV11-реле обрыва фаз;

· КК1-КК3- тепловое реле;

· М1-М3- двигатель;

· HL1-HL3- сигнальная лампа;

· SA- переключатель;

Тиристорный пускатель состоит из силовой части, схемы управления, схемы защиты и питания цепей управления.

Подаётся питание на ключ управления SA и на цепь управления электродвигателем.

Рассмотрим работу принципиальной схемы в ручном режиме.

Ставим SA в положение “P”. Замыкаются контакты 11-12 и 13-14,15-16. При нажатии кнопки SB1 включается реле KV1 и тогда замыкается все его контакты одновременно KV1.1-KV1.3 и через замкнутый замыкающий контакт РОФ-1 подаются сигналы на отпирание силовых тиристоров VS1-VS6, двигатель М1 включается, кроме того включается реле KV3, которое дает разрешение на включение аналогичной цепи управления для следующей цепи двигателя М2, аналогично и для М3. Это схема работает при прямом пуске транспортера.

При обратном ходе транспортера, при нажатие кнопки SB3 включается реле KV2 и тогда замыкаются все его контакты одновременно KV1.1-KV1.3 и через замкнутый замыкающий контакт РОФ-1 подаются сигналы на отпирание силовых тиристоров VS7-VS10, двигатель М1 включается, кроме того включается реле KV3, которое дает разрешение на включение аналогичной цепи управления для следующей цепи двигателя М2, аналогично и для М3. Это схема работает при обратном пуске транспортера.

Рассмотрим работу принципиальной схемы в режиме наладки.

Этот режим предназначен для непосредственного включения М1, М2 и М3. Ставим SA в положение “Н”. При этом замыкаются контакты 7-8 и 9-10,; обходя контакты KV1 и KV2. Теперь мы можем включать двигатели М1, М2 и М3 по отдельности.

Размещено на Allbest.ru