Принцип работы электродвигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В своей практической деятельности человек использует самые разнообразные технологические процессы и операции, реализация которых осуществляется с помощью различных рабочих машин и производственных механизмов. Во многих случаях для выполнения технологического процесса эти рабочие машины и механизмы объединяются в единый производственный комплекс, образуя предприятия различного назначения.

Характерной чертой совершенствования, как отдельных рабочих машин, так и технологических комплексов в целом является автоматизация их работы, что позволяет повысить их производительность и качество выпускаемой продукции и обеспечить наилучшие показатели по экономичности и надежности при эксплуатации. Важным фактором является и то, что автоматизация позволяет полностью освободить человека от тяжелого и однообразного труда, а во многих случаях обеспечить управление технологическими процессами с показателями недоступными человеку по его физическим возможностям. электродвигатель вентилятор магнитный реле

Параметрами автоматизации отдельных рабочих машин и технологических комплексов могут сузить автоматические линии и гибкие автоматизированные производства, числовое программное обеспечение станками, системы поддержания угловой скорости вращения двигателя, системы поддержания жидкостей в резервуаре и т. д.

Большое число рабочих машин и производственных установок: вентиляторов, лифтов, конвейеров, насосов, подъемных кранов и т. д. для выполнения технологических операций использую механическую энергию которую они получают от ЭП. Приводя в движение рабочие органы этих машин и механизмов: кабину лифта, двигатель вентилятора, ленту конвейера, рабочее колесо насоса, грузоподъемное приспособление этого крана- и управляя этим двигателем ЭП становится важнейшей частью общей схемы автоматизации, от функционирования которой зависит в конечном итоге качество реализации технологических процессов. Характерной чертой развития современного ЭП является постоянное расширение и усложнение выполняемых ими функций, что в первую очередь достигается за счет все более широкого не использования регулируемых автоматизированных ЭП. Их применение позволяет повысить качественные и количественные показатели технологических процессов, увеличить надежность функционирования технологического оборудования и самого ЭП, улучшить работы обслуживающего персонала.

1. Рассчитать мощность и выбрать электродвигатель вентиляторной установки для заданных условий. Техническая характеристика выбранного электродвигателя

Расчётная мощность электродвигателя Р_р для продолжительного режима работы с постоянной нагрузкой считают по формуле

, (1)

где К=1,1 Коэффициент запаса мощности электродвигателя;

Q - Производительность вентилятора, м³/с;

H_c - Статическое давление, Па;

з_в - К.П.Д. вентилятора в рабочем режиме.

В соответствии с заданием для заданной вентиляторной установки основным режимом работы, который является продолжительным режим с постоянной нагрузкой. Поэтому мощность приводного двигателя выбирается по условию

Р_р ? Р_ст, (2)

Выбираем двигатель по каталогу типа АИР225М4. Двигатели серии АИ с мощностью от 0,75 до 160 кВт имеют унифицированные по международным стандартам параметры.

Кроме того, электрическая промышленность выпускает асинхронные двигатели серии В и ВР для работы во взрывоопасных и пожароопасных средах.

По вертикальной оси откладываем в принятом масштабе мощность равную 55 кВт, а по горизонтальной - время в секундах. Так как режим работы продолжительный с постоянной нагрузкой, то на диаграмме мы показываем мощность прямой линией.

2. Расчет и построение механической характеристии выбранного электродвигателя

Для построения механической характеристики электродвигателя необходимо рассчитать номинальную, максимальную и пусковую мощность, а также критическое скольжение.

Номинальный момент М_ном электродвигателя определяется по формуле

, (3)

где n -н частота вращения ротора двигателя, об/мин.

Отсюда максимальный момент М_мах вычисляется по формуле

(4)

где л=2,6 - перегрузочная способность электродвигателя.

М_мах=2,6·354,8=922,48 Н·м.

Для того чтобы определить пусковой момент М_пуск возьмем из таблицы 1 отношение пускового момента к номинальному

(5)

Преобразуем выражение

М_пуск=М_ном·1,7.

Подставим в выражения цифровые значения

М_пуск=354,8·1,7=603,16.

Найдем критическое скольжение S_k выбранного электродвигателя по формуле

(6)

где S_ном - номинальное скольжение двигателя.

S_k=0,02·(2,6+=1.

Результаты расчетов используем для построения механической (естественной) характеристики.

3. Обосновать выбор управления электроприводом вентилятора

Выбор асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором обусловлен тем, что расчетная мощность не превышает 100 кВт и с учетом достоинств этого электропривода: простота конструкции и обслуживания; возможность применения простых, а следовательно и надежных схем управления

В соответствии с заданием режим работы вентиляторной установки продолжительный с постоянной нагрузкой. Проектируемая установка предназначенная для независимой вентиляции крупных электрических машин и устанавливается в машинном отделении. Электропривод установки- трёхфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа АИР225М4.

Поскольку режим работы продолжительный, а мощность приводного двигателя равна 55кВт и не требуется регулирования скорости вращения ( по условию задания) принимаем разомкнутую систему управления проектируемой установки электропривода. Для управления электроприводом (пуском, остановкой) не реверсивный магнитный пускатель.

Схема управления асинхронным двигателем с использованием магнитного пускателя включает в себя магнитный пускатель, состоящий из контактора КМ и двух встроенных в него тепловых реле защиты КК. Такая схема обеспечивает прямой (без ограничения тока и момента) пуск АД, отключение его от сети, а так же защиту от коротких замыканий (предохранители FA) и перегрузки (тепловые реле КК).

Для пуска двигателя замыкается выключатель QF и нажимается кнопка пуска SB1. При этом получает питание катушка контактора КМ, который, включившись, своими главными силовыми контактами в цепи статора подключает двигатель к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку SB1. Происходит разбег асинхронного двигателя по его естественной характеристике. При нажатии кнопки остановки SB2 контактор КМ теряет питание и отключает АД от сети. Начинается процесс торможения асинхронного двигателя выбегом под действием момента нагрузки на его валу.

4. Начертить схему управления электроприводом и привести подробное ее описание

Схема управления короткозамкнутым асинхронным двигателем М вентилятора, расположенного в машинном зале и предназначенного для независимой вентиляции крупных электрических машин, показана на рис. 5. Управление вентилятором осуществляется со щита с помощью ключа управления К19 имеющего четыре контакта и рукоятку с самовозвратом. Ключ К2 служит для разрешения или запрещения включения вентилятора на месте установки, когда нет надобности в его работе.

Схема работает следующим образом. Ключ К2 устанавливается в положение Р («разрешено»). Включается автомат В2 цепей управления и автомат В1 главных цепей (его контакт в цепи самоблокировки пускателя К замыкается). Загорается зеленая лампа ЛЗ (двигатель отключен). Для пуска двигателя М ключ К1 переводится из нулевого положения 0 в пусковое П. При этом включается магнитный пускатель К, ставится на самопитание и главными контактами включает двигатели в сеть. Зеленая лампа ЛЗ гаснет, красная лампа ЛАТ загорается (двигатель включен). Рукоятка ключа К1 отпускается, и ключ возвращается в нулевое положение, на котором контакт 2 ключа замыкается, а контакт 1 остается замкнутым.

В схеме предусмотрено опробование вентилятора на месте его установки с помощью кнопки КнО. Предусмотрена также блокировка (с помощью замыкающего блок-контакта К), не позволяющая включать вентилируемую машину до пуска вентилятора. Защита при коротких замыканиях или перегрузке двигателя М осуществляется автоматом В1 с комбинированным расцепителем. А нулевая защита -- пускателем К (новый пуск двигателя не возможен, пока рукоятка ключа К1 не будет поставлена в пусковое положение П). При отключении вентилятора в результате действия защиты включается предупредительный сигнал, так как контакты 3 и 4 ключа К1 при этом замкнуты.

При ручном отключении вентилятора путем перевода, а затем отпускании рукоятки ключа К1 в положение С предупредительный сигнал не подается, поскольку разомкнут контакт 4.

5. Выбрать: магнитный пускатель с тепловым реле защиты; автоматический выключатель; рассчитать параметры предохранителей и выбрать их по каталогу; рассчитать установку тепловых реле

Основной задачей для выбора аппаратов для коммутации, управления и защиты ЭП являются номинальные (паспортные) данные электродвигателя, режимы и условия его работы. Основные требования к аппаратуре - обеспечение эффективного функционирования электропривода во всех режимах и полностью соответствовать условиям его работы

Автоматические выключатели. Эти аппараты рекомендуется применять в ответственных установках при необходимости быстрого восстановления напряжения питания, дистанционного управления и комплексной защиты, а также в асинхронных электроприводах для предотвращения однофазного режима работы двигателей. Их использование также целесообразно также в электроприводах с малой частотой включения, где они обеспечивают включение и защиту двигателя и могут применяться вместо магнитных пускателей.

Автоматические выключатели выбираются по номинальным току и напряжению, роду тока, предельной коммутационной способности, электродинамической и термической стойкости, собственному времени включения. Все параметры автоматов должны соответствовать их работе, как в обычном, так и аварийном режимах, а конструктивное исполнение - условиям размещения.

Номинальный ток автомата должен быть не ниже тока продолжительного режима установки, а сам аппарат не должен отключаться при предусмотренных технологических перегрузках. Проверка выбираемого автомата по условию защиты электроустановки от токов короткого замыкания состоит в сопоставлении тока короткого замыкания в установке с предельной коммутационной способностью автомата, которая должна быть выше этого тока. Защита установки от перегрузок по току будет обеспечена, если номинальный ток автомата с тепловым расцепителем будет равен или несколько больше номинального тока защищаемого объекта.

Установка тепловой и максимальной защит электродвигателей должна соответствовать уровням токов двигателя. Максимальная токовая защита не должна сбрасывать при пуске двигателя, для чего ее установка I_у.м выбирается по соотношению

(7)

где = 1,5-2,2 - коэффициент, учитывающий вид расцепителя и возможный разброс тока срабатывания относительно установки;

- пусковой ток двигателя

Защита от перегрузки (тепловая защита) считается эффективной при следующем соотношении ее тока установки I_у.т и номинального тока двигателя:

I_у.т = (1,2…1,4) , (8)

Контакторы, реле, магнитные пускатели. К числу показателей, по которым они выбираются, относятся характер и величина напряжений главной цепи и цепи управления (включающих катушек); коммутационная способность контактов и их количество, допустимая частота включений; режим работы; категория размещения; степень защиты от воздействия окружающей среды.

Дополнительно к этому реле, функции управления и защиты выбирают по роду входной воздействующей величины (ток, напряжение, мощность), выдержке времени (реле времени), коэффициенту возврата, времени срабатывания и отпускания.

Установка тока реле максимального тока при защите асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором выбирается из соотношения.

I_у.т = (1,2…1,3) (9)

а для асинхронных двигателей с фазным ротором и двигателей постоянного тока по формуле

I_у.т = (2…2,5) (10)

Выключатели и переключатели. Эти аппараты выбираются по роду и величине напряжения, току нагрузки, количеству переключений, которое они допускают по условиям механической и электрической износостойкости, а также конструктивному исполнению.

Кнопки и ключи управления. Они выбираются по роду и уровню напряжения, величине коммутируемого тока, количеству коммутируемых цепей, степени защиты и климатическому исполнению, электрической и механической износостойкости.

Предохранители. Выбор плавкой вставки предохранителя производится по отношению к пусковому току двигателя с тем, чтобы она не перегорала при его пуске. Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ток плавкой вставки при времени пуска до 5с

(11)

а при времени пуска больше 5с

, (12)

Для асинхронного двигателя с фазным ротором и двигателей постоянного тока ток плавкой вставки рассчитывается по отношению к номинальному току

(13)

Для защиты цепей управления

= 2,5, (14)

- суммарный ток катушек максимального количества одновременно включенных аппаратов в схеме управления.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа АИР225М4 включенного по схеме рисунок 4 и имеет следующие номинальные данные: мощность Р_ном=55кВт, напряжение обмотки статора U_ном=220В, КПД з_ном=93% коэффициент мощности Соsц_ном=0,89, кратность пускового тока по отношению к номинальному току статора равна 7,0 выбрать автоматический выключатель QF, обеспечивающий включение двигателя и его максимальную и тепловую защиты.

Определяем номинальный пусковой и ударный ток статора двигателя:

Ток срабатывания токовой отсечки (электромагнитного расцепителя)

Ток срабатывания тепловой защиты

Выбираем автомат типа с номинальным током автомата, электромагнитного и теплового расцепителя 13А, установкой максимальной токовой защиты и тепловой защиты

Заключение

Основная задача проектирования электропривода состоит в том, чтобы наиболее правильно сочетать свойства всех его элементов со свойствами рабочей машины и технологического процесса, выполняемого машинным устройством.

Свойства технологического процесса и рабочей машины, знание которых необходимо для проектирования электропривода, описываются приводными характеристиками машины. К этим характеристикам относятся: технологическая, кинематическая, энергетическая, механическая, нагрузочная.

Автоматизация является одним из основных направлений в развитий сельскохозяйственного электропривода. После внимательного изучения технологической, кинематической характеристик машины и требований к схеме автоматического.

Список используемых источников

1 Данилов И. А. Общая электротехника с основами электроники/ И. А. Данилов, П. М. Иванов. - Высш. шк. 1998. - 752с

2 Данилов А. М. Автоматизация производства, учеб. пос. / А. М. Данилов - М.: УМК по горному, нефтяному и энергетическому оборудованию, 2009. - 246с.; ил.

3 Кацман М. М. Электрические машины / М. М. Кацман - М.: Высш. Шк. 1990. - 463с.

4 Москаленко В. В. электрический привод / В. В. Москаленко - М.: Академия 2009. - 368с

5 Соколов М. М. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе М.М. Соколов, Л. П. Петров, Л. Б. Масандилов, В. А. Ладензон. - М.: Энергия 1971. - 624с

Размещено на Allbest.ru