Расчет мощности и выбор типа электродвигательного устройства переменного тока для привода рабочего механизма

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ПРИВОДА РАБОЧЕГО МЕХАНИЗМА

Выполнил:

Студент группы СДМ-11 Г.С. Пономарев

Проверил: Н.А. Астапенко

Братск

2015

Содержание

Введение

Выбор электродвигателя

Предварительный выбор

Проверка двигателя на перегрузочную способность

Построение механической характеристики электродвигателя

Расчет проводов

Выбор аппаратов управления и защиты

Выбор электрической схемы управления трёхфазным асинхронным двигателем

Защитное заземление двигателя

Список используемой литературы

Введение

Электропривод - электромеханическая система представляющая собой совокупность электрических и механических устройств, и предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую, используемую для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины.

Электропривод состоит из: электродвигателя, муфты, и механической части (редуктор, ременная передача, вариатор ).

Из числа различных видов современных электрических машин самой распространенной в наши дни является асинхронная бесколлекторная машина, применяемая обычно в качестве двигателя. Асинхронная машина - это машина, в которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т. е. с угловой, отличной от угловой скорости поля. Она была изобретена М.О.Доливо-Добровольским в 1888 г., но до настоящего времени сохранила в основном ту простую форму, которую ей придал талантливый русский изобретатель. Причины исключительно широкого распространения асинхронного двигателя (а вместе с ним и трехфазной системы - его простота и дешевизна). Можно сказать, что в основном асинхронная машина состоит из трех неподвижных катушек (точнее, обмоток), размещенных на общем сердечнике, и помещенной между ними четвертой вращающейся катушки. В машине отсутствуют какие-либо легко повреждающиеся или быстро изнашивающиеся электрические части (например, коллектор).

Асинхронные машины малой мощности часто выполняются однофазными, что позволяет использовать их в устройствах, питающихся от двухпроводной сети. Такие машины находят широкое применение в бытовой технике.

Общим недостатком асинхронных машин является относительная сложность и неэкономичность регулирования их эксплутационных характеристик.

Расчёт электродвигательного устройства (ЭДУ) рабочего механизма начинается с ознакомления с технологическим процессом и его особенностями, которые могут существенно влиять на принимаемые решения.

При выборе необходимо учитывать, что для данного привода подходит асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Управление им можно производить с помощью магнитного пускателя (реверсивного или нереверсивного).

Для обеспечения высокой производительности, надёжности и точности работы производственных механизмов необходимо правильного рассчитать мощность электродвигателя.

Применение электродвигателей недостаточной мощности может вызвать нарушение нормальной работы механизма, понижение его производительности, аварию и выход из строя двигателя. Использование электродвигателя завышенной мощности приводит к неоправданному увеличению капитальных затрат, снижению экономических показателей электропривода, уменьшению КПД и ухудшению коэффициента мощности двигателя.

Выбор мощности электродвигателя зависит от характера изменения статической нагрузки на его валу, заданной в данной работе графиком нагрузки.

Правильный выбор питающих проводов (кабелей), а также средств управления и защиты электродвигателя от длительных перегрузок и токов короткого замыкания позволяет иметь надежную, безопасную и долговечную систему электропривода, которая обеспечит требуемую производительность и качество продукции.

Расчет мощности компенсирующего устройства, установка компенсатора реактивной мощности в систему электроснабжения экономит электроэнергию за счет снижения потерь мощности в питающей линии.

В данной контрольной работе приведены расчеты для выбора электродвигательного устройства, проводов, аппаратов управления и защиты, и расчет мощности компенсирующего устройства, а также выбор электрической схемы управления и краткое описание её работы.

Выбор электродвигателя

Одним из главных элементов электропривода, определяющим в значительной степени его технические и экономические показатели, является электродвигательное устройство (ЭДУ), состоящее из одного или нескольких двигателей.

Для обеспечения высокой производительности, надежности и точности работы производственных механизмов необходимо правильно рассчитать мощность электродвигателя.

Применение электродвигателей недостаточной мощности может вызвать нарушение нормальной работы механизма, понижение его производительности, аварию и выход из строя электродвигателя. Использование электродвигателя завышенной мощности приводит к неоправданному увеличению капитальных затрат, снижению экономических показателей электропривода, уменьшению КПД и ухудшению коэффициента мощности двигателя.

Выбор мощности электродвигателя зависти от характера изменения статической нагрузки на его валу, заданной в данной работе графиком нагрузки.

Предварительный выбор

Одним из критериев правильности выбора двигателя является его нагрев. Максимально допустимая температура нагрева обмоток зависит от материала изоляции провода.

Если температура нагрева обмоток (провода) постоянно превышает допустимые значения, происходит ускоренное старение изоляции, выражающееся в снижении ее электрической и механической прочности. Возникающие при этом межвитковые и межфазные замыкания приводят к аварии двигателя.

Допустимая по условию нагрева механическая мощность, которой может быть нагружен двигатель, называется номинальной мощностью.

Для механизмов с постоянным моментом сопротивления нагрузки и продолжительным режимом работы мощность двигателя (кВт) вычисляется по формуле:

,(1)

где - приведенный к валу двигателя момент сопротивления на грузки, Нм

- угловая скорость вращения ротора, с^-1.

В данной курсовой работе для предварительного выбора электродвигателя вначале строим нагрузочную диаграмму М(t) (рис. 1) в соответствии с таблицей 1 в абсолютных физических величинах для своего варианта [1, приложение 1].

Рис. 1.1 График нагрузки рабочего механизма

Затем по нагрузочной диаграмме М(t) находим действительное значение продолжительности включения по формуле (2):

(2)

где ПВ - действительное значение продолжительности включения, % ;

-время работы привода ;

-время усреднения.

где -время паузы,

ПВ>70%, следовательно, режим S₁ - длительный с изменяющейся нагрузкой [1, стр. 9]

Исходя из режима работы электропривода, по методу эквивалентного момента, определяем М_Э по формуле (3):

(3)

где М₁ , М₂ , М₃ , М₄ , М₅ и t_{1 ,} t₂ , t₃ , t₄ , t₅ - соответственно моменты и время нагружения рабочего механизма (рис. 1).

По формуле (4) вычисляем эквивалентную мощность:

.(4)

где М_Э - эквивалентный момент, Нм; - угловая скорость вращения ротора, с ^-1. двигатель аппарат электрический трёхфазный

Поскольку скольжение асинхронного двигателя в режиме с длительном с изменяющейся нагрузкой составляет не более 3…5%, можно принять:

где -угловая скорость вращения ротора, .

следовательно, при n=n₁:

где n₁ - синхронная частота вращения ротора и магнитного поля.

Из [прил. 2 (табл. П. 2.1)] производим предварительный выбор трёхфазного асинхронного электродвигателя единой серии А4 с номинальной установленной мощностью , синхронной частотой вращения и . Двигатель: 4А132S4У3, который имеет номинальные параметры:

номинальное напряжение

номинальная мощность

номинальный КПД

номинальный коэффициент мощности

номинальное скольжение

критическое скольжение

относительный критический момент m _{к =} 3

относительный пусковой момент

относительный пусковой ток

Проверка двигателя на перегрузочную способность

Выбранный по и асинхронный двигатель подлежит проверке на тепловую и механическую перегрузку.

Неравенство является проверкой на тепловую перегрузку.

Механическая перегрузка (перегрузочная способность) определяет способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки.

Необходимость проверки вызвана тем, что перегрузочная способность двигателя ограничена его критическим моментом . Если в графике нагрузки имеются пики с ,возможна остановка двигателя.

Проверку на перегрузочную способность следует производить с учетом возможного снижения питающего напряжения на 10% от номинального значения, т.е. при . Такое снижение питающего напряжения на зажимах двигателя допускает ГОСТ 1309-87.

Поскольку момент, развиваемый асинхронным двигателем, пропорционален квадрату напряжения, результат проверки положителен, если выполняется условие

,

где - критический момент, развиваемый двигателем при номинальном напряжении; - максимальное (пиковое) значение момента сопротивления (из графика нагрузки).

где - номинальная мощность двигателя, кВт.

Проверку на перегрузочную способность следует производить с учетом возможного снижения питающего напряжения на 10% от номинального значения, т.е. при .

Выбранный двигатель соответствует условию.

Построение механической характеристики электродвигателя

Механической характеристикой асинхронного электродвигателя называют зависимости , (рис.1.2).

Устойчивая ветвь механической характеристики достаточно точно описывается уравнениями:

,(8)

,(9)

где n - частота вращения ротора двигателя при различных нагрузках.

Для построения характеристики необходимо задаться рядом значений скольжений в интервале и в соответствии с формулами написанными выше, вычислить для них значения момента и частота вращения ротора. Результат расчета представить в виде таблицы.

S %.	0	0,039	0,078	0,0975	0,117	0,1365	0,156	0,1755	0,195
N об/мин.	1500	1463.4	1426.8	1390.2	1353.6	1317	1280.4	1288.95	1207.5
M Нм.	0	36.35	69.49	97.08	118.1	132.7	141.67	146.24	147.22

Неустойчивую ветвь строят предположительно (штриховой линией) между значениями и , где пусковой момент.

М_п =108.2 Нм

S_п = 100%

а - ; б -

По механической характеристике определить частоту вращения рабочего механизма во все интервалы времени работы.

Вывод:

Надежная работа электродвигательного устройства (ЭДУ) будет иметь место, если его конструктивное исполнение выбрано верно, а схема соединения обмоток статора выполнена с учетом напряжения питающей сети.

По механической характеристике двигателя можно определить скорость вращения рабочего механизма в любом интервале времени. Механическая характеристика трехфазного асинхронного двигателя (ТАД) на рабочем участке (от холостого хода до критического момента) жесткая. Наибольшее значение скорости - при холостом ходе. С увеличением нагрузки скорость снижается.

Расчет проводов

Для внутренних электросетей преимущественное применение находят провода, проложенные в стальных трубах и металлических шлангах, а также кабели.

Основным фактором, влияющим на величину выбираемого сечения проводов в сетях до 1000В, является допустимый нагрев проводника при длительном протекании расчетного тока I_p. При этом необходимо учитывать температурные условия окружающей среды и характер помещения.

Длительный допустимый ток провода должен быть больше расчетного рабочего тока:

,

где - расчетный рабочий ток, равный номинальному току электродвигателя

.(10)

Марку провода или кабеля выбирают, исходя из условии окружающей среды и рабочего напряжения.

Из таблицы [1, приложение 2, табл. П.2.3] с учётом условия прокладки (в трубе) и условия I_доп I_р выбираем сечение жилы провода.

I_доп= 17 А

S= 1 мм²

Выбираем марку провода из таблицы [1, приложение 2, табл. П.2.2], зная, что электродвигательное устройство размещено в сухом помещении:

ПВ 3 (1*1),

где ПВ- одножильный медный провод с поливинилхлоридной

изоляцией ; 3 - количество проводов; 1 - сечение жилы, мм ²; 1 - количество жил.

Вывод

Правильный выбор питающих проводов (кабелей), а также средств управления и защиты электродвигателя от длительных перегрузок и токов короткого замыкания позволяет иметь надёжную, безопасную и долговечную систему электропривода, которая обеспечит требуемую производительность и качество продукции.

Выбор аппаратов управления и защиты

Для управления асинхронными электродвигателями, а также для защиты их от длительных перегрузок служат магнитные пускатели.

Магнитный пускатель состоит из одного или двух контакторов и встроенных в две фазы тепловых реле. В первом случае магнитный пускатель называется нереверсивным, во втором - реверсивным. Магнитный пускатель должен быть выбран так, чтобы его части при нормальной работе не перегревались.

Тепловые реле служат для защиты электродвигателя от перегрузок, которые при длительном воздействии могут привести к разрушению изоляции обмоток двигателя вследствие перегрева.

Все элементы электрической сети (провода, Эл. двигатели) должны быть защищены от токов короткого замыкания (КЗ). Поврежденный участок должен быть отключен мгновенно, чтобы не повредить другие участки.

Аппаратами защиты от режима короткого замыкания в сетях до В обычно служат предохранители с набором плавких вставок и автоматические

выключатели с электромагнитными, полупроводниковыми и комбинированными расцепителями.

Выбор магнитного пускателя

По мощности двигателя и номинальному напряжению с учетом схемы управления выбираем тип магнитного пускателя из [ табл. П. 2.4 ] по условию

при

Пускатель ПМЕ - 200;

номинальный ток ;

допустимая частота включений в час =600;

максимально допустимая мощность при напряжении

Защиту от минимального напряжения в пускателе выполняет катушка, которая рассчитана на напряжение срабатывания

Выбор теплового реле

По условию

,(11)

где -ток перегрузки, с учетом выбранного пускателя подбираем тип и номинальный ток теплового реле из [ табл. П. 2.5]

тип теплового реле ТРН;

ток теплового реле .

Условие выполняется, тепловое реле выбрано правильно.

Выбор предохранителя

По формуле определим пусковой ток двигателя

.

Из [ табл. П.2.6] выбираем ближайшую стандартную плавкую вставку

и тип предохранителя по условию

= 45 А.

где I_пуск - пусковой ток электродвигателя, А.

Трубчатый предохранитель с закрытым патроном ПР-2, разборный (без наполнителя).

1. ток плавкой вставки; I_пв=45А;

2. ток патрона I_п=60 А.

3. ток отключения I_откл=1,8А.

4. род тока - переменный и постоянный ток до 380 В

Выбор электрической схемы управления трёхфазным асинхронным двигателем

Рис.3 Схема управления с динамическим торможением

Схема состоит:

Q- рубильник;

К1 - контактор реверсивного магнитного пускателя, его контакты:

К1.1-К1.3; - главные замыкающие,

К1.4,- вспомогательный контакт, замыкающий,

F1-F3- предохранители для защиты двигателя и схемы управления от токов короткого замыкания;

К2, К3 - нагревательные элементы тепловых реле;

К2.1, К3.1- контакты тепловых реле размыкаются с выдержкой времени;

S1- кнопка «пуск»;

S2- кнопка «стоп»;

М- трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором.

Пуск. При нажатии кнопки S1 включается контактор К1, обеспечивающий вращения двигателя. Остановка двигателя. Только при отключении контактора К1, замкнется размыкающий блок-контакт в цепи катушки контактора и тем самым остановит двигатель.

Защита двигателя. В схеме предусмотрена защита двигателя от режимов перегрузки и короткого замыкания. Для защиты от режима перегрузки в магнитный пускатель встроены два тепловых реле. При длительных перегрузках нагревательный элемент К1 перегревается и с выдержкой времени размыкает контакт К2.1 (или К3.1) в цепи катушки контакторов К1. Это приводит к размыканию главных контактов К1.1-К1.3 и остановке двигателя.

Для защиты от режима короткого замыкания в линейные провода включены предохранители F1-F3.

Режимы работы асинхронного двигателя.

В режиме двигателя (0<S<1) трехфазная асинхронная машина является преобразователем электрической энергии в механическую. Ротор двигателя должен вращаться асинхронно-медленнее поля, с такой частотой вращения, при которой токи в обмотке ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создаваемым токами в обмотках статора, создают вращающий момент, уравновешивающий тормозной момент от сил трения и нагрузки на валу.

В режиме электромагнитного тормоза (S>1) ротор трехфазной асинхронной машины вращается в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля, создаваемого токами в обмотках статора. В режиме электромагнитного тормоза в трёхфазной асинхронной машине рассеивается значительная энергия в обмотках, на гистерезис и вихревые токи.

Защитное заземление двигателя

Рис. 4 Схема защитного зануления:

T - трансформатор; 1 - корпус; 2 - заземлитель.

Зануление - это соединение металлических не токоведущих частей электрической установки с заземленной нейтралью источника через нулевой защитный проводник (РЕ).

Список используемой литературы

1. Большанин Г.А. Астапенко Н.А.. Расчёт мощности и выбор типа электрического двигателя для привода рабочего механизма: Методические указания - БрГУ: Братск 2003.

2. Под ред. В.Г.Сенчева. Справочник энергетика строительной организации. - 2-е изд. - М.: Стройиздат, 1991.

3. Охрана труда в электротехнической промышленности: Учебник для электромехан. спец. техникумов/Чекалкин Н.А. и др. - М.: Энергия, 1978.

4. Электротехника: Учебник для неэлектротехн. спец. вузов./ Под ред. В.Г. Герасимова.-3 изд.-М.: Высшая школа. 1985.

5. Волынский Б.А. и др. Электротехника: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат. 1987.

6.Пижурин П.А., Алексин М.В. и др. Справочник электрика лесозаготовительных предприятий. - 2 изд. - М.: Лесная промышленность, 1988.

7.Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик и др. - М.: Энергоиздат, 1982.

Размещено на Allbest.ru