Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Фгбоу впо «государственный аграрный

Методические указания

К выполнению контрольной работы

По дисциплине «Электропривод»

студентами ИДО специальностей

110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»,

110800 «Агроинженерия»

 

 

Тюмень

УДК 621.34:631.3 (075)

Андреев Л.Н., Жеребцов Б.В. Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Электропривод» для специальностей 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», 110800 «Агроинженерия» Методические указания. — Тюмень: ГАУ Северного Зауралья, 2014. - 17 с.

 

В методических указаниях рассмотрена подробная методика расчёта механической и электромеханической характеристик асинхронного электродвигателя, механической характеристики рабочей машины. Приведен графоаналитический метод построения пусковой нагрузочной диаграммы.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………..4

Данные по вариантам…………………………………………………….5

1.1 Рассчитать и построить механическую

характеристику электродвигателя по пяти точкам…………………….7

1.2 Расчет механической характеристики по формуле Клосса………..8

1.3 Расчет электромеханической характеристики……………………...8

1.4 Расчет механической характеристики при понижении

напряжения на 25%............................................................................9

2. Расчет механической характеристики рабочей машины…………..10

3. Построение пусковой нагрузочной диаграммы…………………….11

4. Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя……15

Приложение №1…………………………………………………………16

Литература……………………………………………………………….17

 

ВВЕДЕНИЕ

Преобладающее количество рабочих машин, применяемых в народном хозяйстве, имеют электрический привод различного типа, конструкции и режима работы с простейшими и полностью автоматизированными схемами управления. Электропривод является основным потребителем электрической энергии, поэтому от правильности его выбора зависят экономичность и надежность работы производственных машины.

Основной задачей данной контрольной работы является закрепление знаний по теоретической части курса «Электропривод», а также освоение методов расчёта электроприводов различных производственных машин и установок.

Основная цель контрольной работы – научиться практическому применению знаний при проектировании и расчёте автоматизированного электропривода.

При выполнении контрольной работы учащемуся необходимо по техническим данным рабочей машины и электродвигателя построить пусковую нагрузочную диаграмму электропривода и определить время разгона электродвигателя.

Титульный лист расположен в приложении №1.

 

 

Данные по вариантам

Исходные данные для проведения расчётов берутся из таблиц №1 (по предпоследней цифре номера зачётной книжки) и №2 (по последней цифре номера зачётной книжки). Значение «0» в номере зачётной книжки соответствует номеру варианта «10».

 

Таблица №1 – Технические данные рабочей машины

№ варианта nрм.н Mрм.о Mрм.н G∙D2рм x ηпер
об/мин Н∙м Н∙м кг∙м2 - -
        4,8   0,7
        3,9   0,75
        4,6   0,72
        4,2   0,74
            0,8
        5,2   0,84
        4,4   0,82
        4,8   0,77
        3,9   0,7
        4,6   0,75

 

Таблица № 2 – Технические данные электродвигателя

№ п/п Тип двигателя Мощность, кВт Частота вращения, об/мин КПД cos φ iП mП mМ mК tПО, с Момент инерции ротора, кгм2
  4А132М2УЗ     0,88 0,90 7,5 1,7 1,5 2,8 0,1 0,023
  4А160S2УЗ     0,88 0,91   1,4 1,0 2,2 0,2 0,048
  4А160М2УЗ 18,5   0,88 0,92   1,4 1,0 2,2 0,22 0,053
  4А180S2УЗ     0,89 0,92 7,5 1,4 1,1 2,5 0,23 0,07
  4А160М4УЗ 18,5   0,9 0,88   1,4   2,3 0,13 0,13
  4А180S4УЗ     0,90 0,90 6,5 1,4   2,3 0,14 0,19
  4А180М4УЗ     0,91 0,89 6,5 1,4   2,3 0,15 0,23
  4А200М4УЗ     0,91 0,90   1,4   2,5 0,37 0,18
  4А200М6УЗ     0.91 0.89 6,5 1,3   2,4 0,4 0,13
  4А200L6УЗ     0.92 0.89 6,5 1,3   2,4 0,45 0,12

1.1 Рассчитать и построить механическую характеристику электродвигателя по пяти точкам

Каждая точка механической характеристики имеет две координаты: угловая скорость ω и момент, развиваемый электродвигателем, М.

Точка 1: координаты - ωо, М0=0.

, (1)

где ωо – угловая синхронная скорость, рад/с;

n0 – синхронная скорость, об/мин (таблица №2).

Точка 2: координаты – ωН, МН.

, (2)

, (3)

где ωН – угловая номинальная скорость, рад/с;

SН = (n0 – n)/n0 – номинальное скольжение;

МН – номинальный момент, Н∙м;

РН – номинальная мощность двигателя, Вт (таблица №2).

Точка 3: координаты – ωК, МК.

, (4)

, (5)

где ωК – угловая скорость, соответствующая критическому моменту, рад/с;

SК – критическое скольжение, определяемое по формулам:

– для электродвигателей мощностью до 20 кВт;

- для электродвигателей мощностью более 20 кВт.

МК – критический момент, Н∙м;

mК – кратность критического момента (таблица №2).

Точка 4: координаты – ωМ, ММ.

, (6)

, (7)

где ωМ - угловая скорость, соответствующая минимальному моменту, рад/с;

SМ – минимальное скольжение, SМ =0,85…0,87;

ММ – минимальный момент, Н∙м;

mМ – кратность минимального момента (таблица №2).

Точка 5: координаты – ωП=0, МП.

, (8)

где МП – пусковой момент, Н∙м;

mП – кратность пускового момента (таблица №2).

Результаты расчета точек сводим в таблицу №3.

 

1.2 Расчет механической характеристики по формуле Клосса

 

Формула Клосса имеет следующий вид:

, (9)

Принимаем ε = Sк.

Задаемся Si: 0, SН, 0,8SК, SК, 1,2SК, 0,6, 0,7, SМ, 1.

Значения критического скольжения SК и момента МК принимаем из предыдущих расчётов механической характеристики.

Подставляем в формулу (9) значения Si из вышеприведённого ряда значений, рассчитываем значения моментов Мi и сводим результаты в таблицу №3.

 

1.3 Расчет электромеханической характеристики

 

Точка 1: имеет координаты – ω0, I0.

, (10)

, (11)

, (12)

где Iо – ток на холостом ходу, А;

IН – номинальный ток, А;

UН = 380 – номинальное напряжение, В;

ηН – КПД при номинальной скорости (таблица №2);

cosφН – коэффициент мощности при номинальной скорости (таблица №2).

Значение скоростей ω0, ωН, ωК берём из предыдущих расчётов механической характеристики электродвигателя по пяти точкам.

Точка 2: имеет координаты – ωН, IН (формула 11).

Точка 3: имеет координаты – ωК, IК.

, (13)

, (14)

где IП – пусковой ток, А;

IК –ток при критическом моменте, А;

iП – кратность пускового тока (таблица №2).

Точка 4: имеет координаты – ωП=0, IП (формула 14).

Данные расчетов сводим в таблицу №3.

 

1.4 Расчет механической характеристики при понижении напряжения на 25%

Как известно, снижение напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя приводит к снижению момента на валу. Данная зависимость отображается с помощью нижеприведённой формулы

, (15)

где ΔU = 25 – падение напряжения на зажимах электродвигателя, %;

Мj – момент двигателя при номинальном напряжении, Н∙м;

Значения данного момента берутся из расчётов механической характеристики асинхронного двигателя и принимаются равными М0, МН, МК, ММ и МП.

Мu – момент двигателя при пониженном на ΔU напряжении, Н∙м.

Расчеты точек сводим в таблицу №3.

2. Расчет механической характеристики рабочей машины

Момент сопротивления рабочей машины, приводим к валу электродвигателя:

, (16)

, (17)

, (18)

где ωрм.н – угловая номинальная скорость вала рабочей машины, рад/с;

nрм.н – номинальная скорость вала рабочей машины, об/мин (таблица №1).

Мрм.н - момент сопротивления рабочей машины при номинальной частоте вращения, Н∙м (таблица №1);

Мрм.о - момент сопротивления рабочей машины, не зависящий от скорости, Н∙м (таблица №1);

iр – передаточное отношение редуктора между двигателем и рабочей машиной;

ηпер – КПД передачи между двигателем и рабочей машиной (таблица №1);

х – степень уравнения (таблица №1).

ωi – угловая скорость электродвигателя, рассчитанная в пункте 1.1 и принимаемая равной ω0, ωН, ωК, ωМ и ωП.

Расчеты точек сводим в таблицу №3.

 

Таблица №3 – Расчетные данные к построению механической и электромеханической характеристик асинхронного двигателя

Расчётное скольжение   SН=   0,8SК=   SК=   1,2SК=   0,6 0,7 SМ=    
скорость ω рад/с     -   - - -    
пункт 1.1 М Н∙м     -   - - -    
пункт 1.2 М i Н∙м                  
пункт 1.3 I А     -   - - - -  
пункт 1.4 МU Н∙м     -   - - -    
пункт 2 МС Н∙м     -   - - -    

 

В первую строку (расчётное скольжение) заносятся значения скольжений из пункта 1.2. Во вторую строку (скорость) заносятся значения скорости двигателя из пункта 1.1. Остальные строки заполнятся из соответствующего пункта расчётов. Ячейки с прочерком не заполняются.

По результатам расчетов, приведенных в таблице №3, далее построим заданные графики.

 

3 Построение пусковой нагрузочной диаграммы

3.1 Суммарный приведенный момент инерции:

, (19)

, (20)

где GD2рм – маховой момент инерции рабочей машины, кг∙м2 (таблица №1);

k = 1,1 – коэффициент, учитывающий момент инерции передачи от двигателя к рабочей машине;

Jд – момент инерции двигателя, кг∙м2 (таблица №2);

Jрм – момент инерции рабочей машины, кг∙м2.

По данным пунктов 1.1, 1.3 и 2 во втором квадранте системы координат, необходимо построить механическую М(ω) (далее МД(ω)) и электромеханическую I(ω) характеристики электродвигателя, механическую характеристику рабочей машины МC(ω) и определить установившуюся скорость ωу (точку пересечения механических характеристик электродвигателя и рабочей машины)(рис.1). Скорость ωу определяется на графике при равенстве моментов двигателя и рабочей машины, т.е. МД = МC.

Отрезок оси от 0 до ωу, необходимо разделить на 6...8 и более отрезков 0-1; 1-2; 2-3 и т.д. Через точки 1, 2, 3 и т.д. проводим прямые, параллельные оси моментов и времени. Для каждой скорости ω1, ω2, ω3 … по графикам МД(ω) и МC(ω) определить значения моментов двигателя МП, M11, М12... и значения моментов сопротивления МТР, М21, М22… и внести их в таблицу 4.

Рассчитать динамический момент системы МДИНi = МДi - МСi для каждого i значения скорости. Допустим для ω2: М42 = М12- М22. По данным расчетов построить график МДИНi(ω). Операция определения МДИН часто выполняется графическим способом. Так, на рисунке для каждого значения скорости, допустим ω3 замеряется отрезок 3-13, равный моменту двигателя М13 из него вычитается отрезок 3-23 момента МC = М23. Динамический момент на скорости ω3 равен М43. Отрезки 3-23 и 43-13 равны.

 

Таблица №4 – Результаты расчетов нагрузочных диаграмм при пуске двигателя и рабочей машины

Точка i              
  скорость ωi рад/с   ω1 ω2 ω3 ω4 ω5 ω6
  ∆ ωi рад/с   ∆ ω1 ∆ ω2 ∆ ω3 ∆ ω4 ∆ ω5 ∆ ω6
  МДi Нм MП п М11 М12 М13 М14 М15 М16
  МCi Нм МТР тр М21 М22 М23 М24 М25 М26
  МДИН.i Нм МНО но М41 М42 М43 М44 М45 М46
  МДИН.СР Нм   М90 М91 М92 М93 М94 М95
  ∆ti с   ∆ t1 ∆ t2 ∆ t3 ∆ t4 ∆ t5 ∆ t6
  Ii I А IП п I31   I32   I33   I34   I35   I36  
  ti с   t1 t2 t3 t4 t5 t6

 

Рис. 1 – Графоаналитический метод построения нагрузочных диаграмм

Обратите внимание. При определении динамического момента очень часто в расчеты могут не попасть MМ и МK, поэтому необходимо специально проверить и достроить динамические моменты при ωK и ωМ графическим способом.

Меняющийся динамический момент системы на каждом участке скорости заменяем постоянным - средним. Например, на участке 4-5 переменный динамически момент между точками 44 и 45 заменяем постоянным МДИН.СР4. Правило замены - косоугольная трапеция, образованная точками 4-44-45-5 заменяется равной ей по площади прямоугольной. Обычно площади этих четырехугольников не определяют, а сравнивают между собой площади отсекаемых треугольников или других сложных фигур (заштрихованных в данном случае). Если рассматриваемый участок близок к прямой линии, как например 42-43, то МДИН.СР = 0,5(М43+ М42). Результаты расчетов заносим в таблицу.

Некоторые пояснения к этой таблице. Значения приращения скорости во второй строке определяется как разность между двумя соседними участками скорости ωi и ωi-1. Например, если i = 2, то ∆ ω22 - ω1.

Ток Ii моменты МДi двигателя и МCi рабочей машины соответствуют скорости ωi и определяются из диаграммы. Например, для скорости ω2:

МД2 = М12, МС2 = М22, I2 = I32

Время изменения скорости двигателя на Δω:

(21)

Суммарный момент инерции JΣ принимаем из пункта 3.

Суммарное время разгона электродвигателя определяем по формуле:

(22)

В результате расчетов и заполнения таблицы получают все необходимые данные для построения нагрузочных диаграмм в первом квадранте. Кривая зависимостей скорости от времени ω(t) строится по данным 1 и 9 строчек, нагрузочные диаграммы двигателя МД(t) – по данным 3 и 9 строчек, I(t) – по данным 8 и 9 строчек, рабочей машины MС(t) – по данным 4 и 9 строчек.

Приведённая методика построения нагрузочных диаграмм очень формализована и в ней слабо отражены представления о физике процесса разгона, торможения двигателя. По мере накопления опыта построения подобных диаграмм, решение подобных задач упрощается. Все операции по определению МДi, МCi и МДИН.i обычно выполняются без таблиц сразу непосредственно на графике. Далее рассчитывают значение приращения времени на первом участке изменения скорости от 0 до ω1. Полученное значение откладывают от 0 на оси времени и проводят линию 0-51, которая есть ω(t) на участке от 0 - ω1,. Затем рассчитывают , откладывают это значение после и проводят линию 51-52 и т.д. до ωy. Значения и МДИН.СР берут непосредственно во втором квадранте.

По полученному графику ω(t) строят необходимые для дальнейших расчетов диаграммы. Порядок их построения аналогичный: например необходимо построить нагрузочную диаграмму двигателя M(t) в период пуска. Для построения необходимо иметь 6...7 точек. Построение одной из них, например МХ, показано на рисунке пунктиром и стрелками. Необходимо помнить, что значения МХ в первом и втором квадрантах одинаковы.

Замечания к порядку построения:

1.Если при построении нагрузочной характеристики пропустили характерную точку, как например, на рисунке критический момент МК не попал в расчеты, то необходимо достроить его, как это показано, пунктиром.

2.Величины МП, ММ, МК, МН, IП и IН в первом и втором квадрантах, должны быть равные и соответствовать одним и тем же скоростям.

3.Расчетное время пуска tП системы должно быть больше времени пуска двигателя на холостом ходу tПО.

4. Обратите внимание на то, чтобы в момент времени tП значения скорости, тока и моментов достигли установившихся значений (но не позднее и не раньше).

 

4 Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя

Потери энергии в двигателе при пуске на холостом ходу:

, (23)

При торможении противовключениемотωо до 0 на холостом ходу:

, (24)

Потери энергии при пуске с нагрузкой:

, (25)

где α = 0,6 – коэффициент, учитывающий способ пуска.

 

Приложение №1

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...