Курсовая работа: Асинхронные двигатели в системах электропривода

Из приведенных таблиц 1.1 и 1.2 в соответствии с вариантом 08 следует:

мощности на ступенях нагрузки, кВт,

Р1=22, Р2=30, Р3=40, Р4=25,

длительность каждой ступени нагрузки, мин,

t1=13, t2=7, t3=9, t4=13, t5=8.

Синхронная частота вращения АД–1000об/мин. Требуемое снижение частоты вращения на реостатной характеристике Δn=4,5%.

1.2 Расчет эквивалентной мощности и выбор АД

Многоступенчатый график нагрузки, характеризующий длительный переменный режим работы электропривода (рисунок 1), можно привести к равномерному, воспользовавшись понятием эквивалентной (среднеквадратичной) мощности, кВт,

,                                       (1.1)

где Pi – мощность, кВт,

ti – продолжительность нагрузки каждой i-й ступени графика, включая паузу, мин,

 кВт.

По каталогу выбираем двигатель 4АК225M6УЗ, имеющий следующие параметры:

номинальная мощность                                             Рн=30 кВт,

номинальное скольжение                                 Sн=3,5%,

КПД в номинальном режиме                                     hн=89%,

кратность номинального момента          Km=2,5;

напряжение ротора                                           Uр=140 В,

ток ротора                                                         Iр=150А,

постоянная времени нагрева                                     Тн=30 мин,

суммарный момент инерции,

приведенный к валу двигателя                         J=55×10-2 кг×м2.

Характеристика двигателя 4АК225M6УЗ: двигатель серии 4А с фазным ротором; исполнение по способу защиты – IP44 – защита от проникновения внутрь оболочки предметов длиной до 80 мм и твердых тел размером свыше 12 мм; степень защиты от проникновения внутрь машины воды 3 ; станина алюминиевая, щиты чугунные; высота оси вращения – 225мм; установочный размер по длине станины средний; число полюсов–6; климатическое исполнение – УЗ, т.е. возможность эксплуатации электрической машины в зоне умеренного климата, в закрытых помещениях.

1.3 Проверка выбранного двигателя по нагреву

Выбор АД гарантирует, что данный двигатель при заданном графике нагрузки удовлетворяет требованиям по нагреву, однако проведем проверку.

Проверка по нагреву производится по методу средних потерь. Для этого вначале определяются потери в номинальном режиме по данным каталога:

Потери в номинальном режиме, кВт,

   ,                                              (1.2)

где    Рн – номинальная мощность выбранного АД, кВт,

ηн – КПД в номинальном режиме по каталогу.

 кВт.

Найденные потери являются суммой потерь в меди обмоток статора и ротора, в стали и механических. Будем считать, что механические потери остаются постоянными, тогда сумму потерь разделим на две группы:

-постоянные потери или потери х.х., включающие в себя потери в стали, механические и дополнительные,

-переменные потери в обмотках, изменяющиеся с изменением нагрузки.

В большинстве случаев соблюдаются следующие соотношения:

,                                    (1.3)

,                                           (1.4)

где Pм – потери в меди обмоток при номинальной нагрузке, кВт,

P0 – потери х.х. (постоянные потери), кВт.

 кВт,

 кВт.

Потери в обмотках являются переменными, они пропорциональны квадрату тока или квадрату коэффициента нагрузки. Исходя из этого:

Коэффициенты нагрузки по ступеням графика

,                                        (1.5)

где Pi – мощность i-й ступени нагрузки,

Кнi – коэффициент нагрузки i-й ступени.

 кВт,

 кВт,

 кВт,

 кВт,

 кВт.

Потери на каждой ступени графика нагрузки, кВт,

,   (1.6)

 кВт,

 кВт,

 кВт,

 кВт,

 кВт.

Средние потери за цикл, кВт,

,    (1.7)

 кВт .

Проверка выбранного двигателя по нагреву заключается в проверке условия:

                                                                     ,                                      (1.8)

3,179 кВт < 3,708 кВт.

В нашем случае условие выполняется.

1.4 Проверка на перегрузку при снижении напряжения

В заводских силовых электрических цепях допускается снижение напряжения на 10%. Естественно, что при таком снижении напряжения оборудование не должно терять работоспособность. В то же время известно, что момент на валу асинхронных двигателей снижается пропорционально квадрату напряжения. Поэтому выбранный двигатель должен быть проверен на перегрузочную способность при понижении напряжения. Иногда может быть и большее понижение напряжения.

Проверка сводится к проверке условия, что максимальный момент двигателя при снижении напряжения будет не меньше момента сопротивления на валу.

Должно выполняться условие

,                                         (1.9)

где    Pmax – максимальная мощность по нагрузочной диаграмме, кВт,

ΔU – снижение напряжения, %, ΔU =10%,

Kmax – кратность максимального момента по каталогу.

, или – верно. Следовательно, двигатель сохраняет работоспособность при понижении напряжения в цеховой сети.

Таким образом, выбранный двигатель удовлетворяет всем поставленным условиям.

1.5 Расчет теплового состояния АД

Непосредственный расчет теплового режима электрической машины представляет собой сложную многофакторную задачу, решить которую возможно лишь при детальном конструктивном расчете. В данной работе рассмотрим этот процесс с качественной стороны, введя ряд допущений.

Одним из таких допущений будет представление АД однородным телом с равномерно распределенными внутри его объема источниками тепла, которыми являются потери. Процесс нагревания такого тела описывается уравнением:

,                                   (1.10)

где τнач – начальное превышение температуры (в начале расчета τнач =0), °C,

Тн – постоянная времени нагревания,

τуст – установившееся превышение температуры.

Если принять установившееся превышение температуры в оминальном режиме равным допустимому для данного класса термостойкости изоляции, то для любого иного режима

,                                           (1.11)

где    τдоп – допустимое превышение температуры, в данном случае

τдоп =80°C,

ΔРi – потери на i-й ступени нагрузки, кВт.

 °С.

За начальное превышение температуры каждой ступени, включая паузу, принимаем конечное превышение, рассчитанное в конце предыдущей ступени.

Реальные превышения температуры, °С:

в течение первого цикла -

 °С,

 °С,

 °С,

°С ,

 °С,

в течение второго цикла –

 °С,

 °С,

 °С,

 °С,

°С,

в течение третьего цикла -

 °С,

 °С,

°С,

°С,

 °С,

Как видно, превышения температуры после третьего цикла остаются практически неизменными, т.е. тепловой режим двигателя достиг установившегося состояния.

,                                         (1.12)

,      (1.13)

33,34 ˚С;

50,49 ˚С;

59,29 ˚С;

63,81 ˚С;

66,13 ˚С;

68,24 ˚С;

68,49˚С;

1.6 Расчет механических характеристик

Механическими характеристиками АД называют зависимости М=f(s) и n=f(M).

Аналитические выражения данных характеристик достаточно сложны, требуют знания многих параметров АД и для практических целей используются редко. Более удобной является так называемая формула Клосса, вполне удовлетворительно описывающая реальную характеристику в пределах изменения скольжения от 0 до критического Sк. Вторая часть характеристики, рассчитанная по формуле Клосса, существенно отличается от реальной. Однако в этой части асинхронные двигатели не работают, и практического значения для анализа задач электропривода она не представляет.

Рисунок 1- Диаграмма потерь и кривые нагрева

Рисунок 2- Механическая характеристика M=f(s)

Рисунок 3- Механическая характеристика n=f(Me)

Для расчета естественной механической характеристики находим:

номинальную частоту вращения, об/мин,

,                                          (1.14)

где n1 – синхронная частота вращения, об/мин,

Sн – номинальное скольжение по каталогу, о.е.

 об/мин,

номинальный момент, Н·м,

,                                  (1.15)

где Рн – номинальная мощность,

 Н·м,

критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту,

,                                 (1.16)

где Sн – номинальное скольжение,

Км – кратность номинального момента.

,

максимальный момент, Н·м,

,                                          (1.17)

 Н·м.

Задавшись величиной S от 0 до 1,2, можно рассчитать зависимость М=f(s), которую затем легко перевести в координаты n=f(M) по формуле:

.                                            (1.18)

Расчет механической характеристики производим по упрощенной формуле Клосса, Н·м,

                                    (1.19)

где    Км – коэффициент перегрузочной способности,

S – текущее значение скольжения,

 Sк – критическое скольжение,

Мн – номинальный момент на валу двигателя, Н·м.

При отсутствии резисторов в цепи ротора имеем естественные характеристики.

Результаты расчета приведены в таблице 1.3, характеристики показаны на рисунках 2, 3, 4.

Таблица 1.3 – Механические характеристики выбранного АД

Введение добавочного сопротивления в цепь ротора приводит к увеличению критического скольжения, величина максимального момента при этом не изменяется. Иными словами, механическая характеристика смещается вниз, а М=f(s) – вправо. Тем самым при постоянном моменте сопротивления Мс частота вращения несколько снижается.

Страницы: 1, 2, 3