Главная страница

КР по электроприводу системы трехфазный асинхронный двигатель - рабочая машина. Контрольная по приводу - задача 1. Для контрольной работы по дисциплине 'Основы электропривода'


Скачать 3.53 Mb.
НазваниеДля контрольной работы по дисциплине 'Основы электропривода'
АнкорКР по электроприводу системы трехфазный асинхронный двигатель - рабочая машина
Дата06.08.2022
Размер3.53 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаКонтрольная по приводу - задача 1.doc
ТипДокументы
#641539

С этим файлом связано 1 файл(ов). Среди них: Доклад.docx.
Показать все связанные файлы
Подборка по базе: Практические задание по дисциплине основы логистики.docx, Практические задание по дисциплине финансы,денежное обращение в , Профессионально-этические основы социальной работы.doc, план летний работы в старшей группе.docx, План работы МО учителей начальных классов на 2021-2022 уч.год.do, Задание ТК-8 к теме Оценка работы персонала.docx, Лабораторные работы по дисциплине Материаловедение (1).docx, методические рекомендации по написанию курсовой работы и темы.., Описание работы 7-3.doc, Информация об организации индивидуальной работы со слабоуспевающ

ЗАДАНИЕ I.ВАРИАНТ_____

Для контрольной работы по дисциплине 'Основы электропривода'

Часть I студенту V курса заочного факультета ЧГАУ____________________

В первом задании для системы 'трехфазный асинхронный двигатель - рабочая машина' необходимо выполнить следующее:

1. Рассчитать и построить:

1.1 Механическую характеристику электродвигателя по пяти характерным точкам;

1.2 Механическую характеристику электродвигателя по формуле Клосса;

1.3 Электромеханическую характеристику двигателя по четырем характерным точкам;

1.4 График механической характеристики асинхронного двигателя при понижении на ΔU% напряжения.

2. Рассчитать и построить график механической характеристики рабочей машины, приведенный к частоте вращения вала электродвигателя. Дать заключение об условиях запуска и устойчивой работы двигателя при номинальном и пониженном напряжении.

3. Графоаналитическим методом построить графики переходного процесса пуска системы 'электродвигатель - рабочая машина' - Wдв, Iдв, Мдв, Мс = f(t) и определить время разгона двигателя до установившейся скорости.

4. Рассчитать потери энергии в асинхронном электродвигателе при пуске: на холостом ходу, с нагрузкой и торможением противовключением на холостом ходу.
Таблица 1 - Исходные данные

—————————————————————————————————————————————————————————————————————

|Тип двигателя| n рмн | Мрмо | Мрмн | GДрм2 | Х | КПД | ΔU, |

| |об/мин | Н·м | Н·м | кг·м | | о.е. | % |

—————————————————————————————————————————————————————————————————————

| 4A90L4Y3" | 358 | 7 | 42 | 0.8 | 1 | 0.75 | 20 |

—————————————————————————————————————————————————————————————————————
Согласно заданию выписываем в таблицу 2 необходимые исходные данные электрического двигателя:
Таблица 2 - Технические данные электродвигателя типа 4A90L4Y3"

—————————————————————————————————————————————————————————————————————

| P2 | КПД | cosф | | | |Sном | Sк | iп | Jдp | tпо |

|ном, | ном | ном | mп | mmin| mк | % | % | |кг·м | с |

|кВт | % | | | | | | | | | |

—————————————————————————————————————————————————————————————————————

| 2.2 | 80 | 0.83 | 2.1 | 1.6 | 2.4 | 5.1 | 33 | 6 | 0.0056 | 0.04 |

—————————————————————————————————————————————————————————————————————
ПУНКТ 1.

===========================================================

1.1 Механическая характеристика по пяти характерным точкам:

-----------------------------------------------------------

Точка I. Координаты Wo, М = 0;
п·n0 3.14· 1500

Wo = ———— = —————————— = 157.1 рад/с.

30 30
Точка II. Координаты Wн, Мн;
Wн = Wo·(1-Sн) = 157.1 ·(1- 0.051 ) = 149.1 рад/с;
Pн 2200

Mн = ———— = —————— = 14.8 Н·м.

Wн 149.1
Точка III. Координаты Wк, Мк;
Wк = Wo·(1-Sк) = 157.1 ·(1- 0.33 ) = 105.3 рад/с;

Mк = Мн·mк = 14.8 · 2.4 = 35.5 Н·м.
Точка IV. Координаты Wmin, Мmin;
Wmin = Wo·(1-Smin) = 157.1 ·(1 - 6/7) = 22.4 рад/с;

Mmin = Мн·mmin = 14.8 · 1.6 = 23.7 Н·м.
Точка V. Координаты W = 0, Мп;
Mп = Мн·mп = 14.8 · 2.1 = 31.1 Н·м.
Результаты расчетов сведены в таблицу 3.
1.2 Механическая характеристика по формуле Клосса:

--------------------------------------------------
2·Mк·(1 + е)

M = ——————————————

S Sк

—— + —— + 2·е

Sк S
В этом выражении Мк = 35.5 Н·м

е = Sк = 0.33

Тогда:

2· 35.5 ·(1+ 0.33 ) 94.4

M = ————————————————————————————— = ———————————————————————

S/ 0.33 + 0.33 /S + 2· 0.33 3 S + 0.33 /S + 0.66
Пример расчета для одной точки S = 0.8·Sк

94.4

M = ————————————————————————————————————————————— = 34.8 Н·м.

0.8· 0.33 / 0.33 + 0.33 /0.8· 0.33 + 0.33
Расчеты остальных точек сведем в таблицу 3.
1.3 Расчет электромеханической характеристики I=f(w)

----------------------------------------------------
Точка I. Координаты Wo, Io.

Wo= 157.1 рад/с;

cosфном 0.83

Io = Iном(sinфном - ———————) = 5 ·( 0.558 - ————————) = 1.9 А

2·mк 2 · 2.4
Pном 2200

Iном = —————————————————————— = ————————————————————— = 5 A

1.73·Uном·КПД·cosфном 1.73·380· 0.8 · 0.83
Точка II. Координаты Wном, Iнoм.

Wном = 149.1 рад/с;

Iном = 5 А.
Точка III. Координаты Wк, Iк.

Wк = 105.3 рад/с;

Iк = (0,7..0,8)·Iпуск = 0,75· 30 = 22.5 А;

Iпуск = Iном·iп = 5 · 6 = 30 А.
Точка IV. Координаты W=0, Iпуск.

Iпуск = 30 А.
Данные расчетов сводим в таблицу 3.
1.4 Расчет механической характеристики асинхронного двигателя

при понижении напряжения ΔU= 20 %.

-------------------------------------------------------------
В качестве примера дан расчет момента при скорости Wк, где Mк = 35.5 Н·м.

2 2

Мк иск = Мк ест·(1 - ΔU/100) = 35.5 ·(1- 0.2) = 22.7 Н·м
Расчет остальных точек аналогичен и приведен в таблице 3.

Таблица 3-Расчетные данные к построению механической и электромеханической характеристик асинхронного двигателя 4A90L4Y3"

+————————+———+———————————————————————————————————————————————————————————————————————+

| |Ве-| Расчетные точки скольжения |

| Пункт |ли-+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+

| |чи-| 0 | Sном | 0.8·Sк| Sк | 1.2·Sк| 0.6 | 0.7 | Smin | 1 |

| |на | | | | | | | | | |

+————————+———+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+

|скорость| W | 157.1 | 149.1 | 115.6 | 105.3 | 94.9 | 62.8 | 47.1 | 22.4 | 0 |

| |р/с| | | | | | | | | |

+————————+———+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+

|Пункт1.1| Ме| 0 | 14.8 | - | 35.5 | - | - | - | 23.7 | 31.1 |

| |Н·м| | | | | | | | | |

+————————+———+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+

|Пункт1.2| М | 0 | 13 | 34.8 | 35.5 | 35.1 | 31.2 | 29 | 25.9 | 23.5 |

| |Н·м| | | | | | | | | |

+————————+———+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+

|Пункт1.3| Iе| 1.9 | 5 | - | 22.5 | - | - | - | - | 30 |

| | А | | | | | | | | | |

+————————+———+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+

|Пункт1.4| Ми| 0 | 9.5 | - | 22.7 | - | - | - | 15.2 | 19.9 |

| |Н·м| | | | | | | | | |

+————————+———+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+

|Пункт 2 | Мс| 14.7 | 14.1 | - | 10.6 | - | 7.3 | - | 4.1 | 2.3 |

| |Н·м| | | | | | | | | |

+————————+———+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+———————+

Ме - естественная механическая характеристика, построенная по пяти точкам;

М - естественная механическая характеристика, построенная по формуле Клосса;

Iе - электромеханическая характеристика рабочей машины;

Ми - искусcтвенная механическая характеристика при пониженном напряжении;

Мс - механическая характеристика рабочей машины.



Рисунок 1 - Механические и электромеханические хар-ки двигателя

ПУНКТ 2.

=================================================

Расчет механической характеристики рабочей машины

-------------------------------------------------
Момент сопротивления рабочей машины, приведенный к валу электродвигателя:

1 X

Мс = —————————·[Мрмо + (Мрмн - Мрмо)·(W/Wном) ]

ip · ηр
1 1

Мс=——————————·[ 7 +( 42 - 7 )·(W/Wном) ]

3.98 · 0.75
Пример расчета для Wк = 105.3 рад/с:
1 1

Мс=——————————·[ 7 +( 42 - 7 )·( 105.3 / 149.1 ) ] = 10.6 Н·м.

3.98 · 0.75
Расчет остальных точек аналогичен, результаты сведены в таблицу 3. По результатам расчетов, приведенных в таблице 3 строим графики.
ПУНКТ 3.

======================================================================

Построение нагрузочных диаграмм при пуске и определение времени пуска.

----------------------------------------------------------------------

3.1 Суммарный приведенный момент инерции:

2

GΔPм 0.8

Jрм = —————— = —————— = 0.2 кг·м2.

4 4


к = 1.1 ; Jд = 0.0056 кг·м2.
Jрм 0.2

Js = к·Jд + ————— = 1.1· 0.0056 + ——————— = 0.01879 кг·м2.

2 2

i 3.98
По данным пунктов 1.1, 1.3, и 1.4 во втором квадранте системы координат (рис.2) строится механическая и электромеханическая характеристики двигателя и механическая характеристика рабочей машины. Затем отрезок скорости от 0 до Wд разбиваем на 5-10 участков. Далее, для полученных точек определяем Мд и Мс и записываем в таблицу 4. После этого рассчитываем Мдинi. Далее усредняем динамический момент между скоростями Wi и Wi+1 и определяем время изменения скорости Δti+1 между ними. Расчет аналогичен для всех точек, результаты расчета сводятся в таблицу 4.
Таблица 4-Результаты расчета нагрузочных диаграмм при пуске двигателя и рабочей машины.

——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

| Точка | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |

——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

|Wi,рад/с| 0 | 14.5 | 22.7 | 31.5 | 67.8 | 97 | 107.4 | 127.8 | 149.2 |

|ΔWi,р/с | 0 | 14.5 | 8.2 | 8.8 | 36.3 | 29.2 | 10.4 | 20.4 | 21.4 |

|Mдi,Н·м | 35.5 | 25.2 | 23.7 | 24.6 | 31.2 | 35.1 | 35.5 | 31.2 | 14.2 |

|Mсi,Н·м | 2.3 | 3.4 | 4.1 | 4.7 | 7.7 | 10 | 10.8 | 12.4 | 14.2 |

|Мдинi,Нм| 33.2 | 21.6 | 19.6 | 20 | 23.4 | 25.1 | 24.6 | 18.8 | 0.2 |

|Мдинс,Нм| 0 | 25.3 | 20.4 | 19.8 | 21.7 | 24.6 | 24.9 | 22.3 | 12.3 |

|Δti, сек| 0 | 0.0108 | 0.0076 | 0.0084 | 0.0314 | 0.0223 | 0.0078 | 0.0172 | 0.0327 |

| Ii, A | 30 | 29.5 | 29.2 | 29 | 26.4 | 23.5 | 22.2 | 14.3 | 1.9 |

|ti, сек | 0 | 0.0108 | 0.0184 | 0.0268 | 0.0582 | 0.0805 | 0.0883 | 0.1055 | 0.1382 |

——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————



Рисунок 2 - Нагрузочная диаграмма двигателя и рабочей машины

ПУНКТ 4.

===================================================

Расчет потерь энергии при пуске и реверсе электродвигателя.

-----------------------------------------------------------

Потери энергии в двигателе при пуске на холостом ходу:

2 2

Апо = Jд·Wo = 0.0056 · 157.1 = 138 Дж;

При торможении противовключением от Wо до 0 на холостом ходу:

2 2

Атпо = 3·Jд·Wo = 3· 0.0056 · 157.1 = 415 Дж;

Потери энергии при пуске с нагрузкой:
1 - ηном 2 1 - 0.8 2

Ан = 0.81·—————————·Р2ном·iп ·tп = 0.81·—————————————· 2200 · 6 · 0.1382 = 1385 Дж;

ηном(1+а) 0.8 (1+0.6)

ЗАДАНИЕ 2

====================================================

Для контрольной работы по дисциплине 'Основы электропривода' студенту V курса заочного факультета ЧГАУ______________________
Таблица 1-Нагрузочная диаграмма рабочей машины задания №2

——————————————————————————————————————————————————————————————————————

| | Нагрузка на валу двигателя| Продолжительность работы |

| Задание №2 | по периодам работы, кВт | по периодам, мин |

| Вариант |——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————|

| | P1 | P2 | P3 | P4 | t1 | t2 | t3 | t4 |

|————————————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————|

| | 14 | 12 | 18 | 16 | 10 | 8 | 8 | 12 |

——————————————————————————————————————————————————————————————————————

В задании 2 необходимо выполнить следующий объем работ:

1. Построить нагрузочную диаграмму рабочей машины по таблице 1. Методом эквивалентных величин рассчитать необходимую мощность и выбрать электрический двигатель, общего назначения S1 серии 4А с синхронной частотой вращения 1500 об/мин.

2. Выбранный двигатель проверить:

2.1 На перегрузочную способность при понижении напряжения на 20%.

2.2 На нагрев методом средних потерь.

2.3 На нагрев методом определения превышения температуры двигателя.

2.3.1 При работе по заданной нагрузочной диаграмме.

2.3.2 После отключения от сети.

2.4 На нагрев методом эквивалентных величин тока или момента.

3. Для выбранного электродвигателя рассчитать и выбрать автоматический выключатель и магнитный пускатель.

4. Рассчитать расход электроэнергии на выполнение заданной нагрузки.
Пункт 1.

C учетом данных таблицы 1 строим нагрузочную диаграмму рабочей машины.



Рисунок 1 - Нагрузочная диаграмма рабочей машины
Эквивалентная мощность двигателя за время работы:

________________________ __________________________________

/ 2 2 2 2 / 2 2 2 2

Рэ=/ P1·t1+P2·t2+P3·t3+P4·t4 = / 14 · 10 + 12 · 8 + 18 · 8 + 16 · 12

/ ——————————————————————— / ————————————————————————————————— = 15.2 кВт. (1)

V t1+t2+t3+t4 V 10 + 8 + 8 + 12
Расчетная мощность двигателя:
Ррасч = Рэ/Км = 15.2 / 1.13 = 13.45 кВт. (2)
где

_______________________ _____________________________

Kм= V (a+1)/(1-exp(-tp/Tн)-a = V (0.6+1)/(1-exp(- 38 /20)-0.6 = 1.13 (3)
где а = 0.6;

Тн - постоянная времени нагрева двигателя, мин. На предварительном этапе расчета принимаем Тн=20 мин.
Пункт 2. Проверка предварительно выбранного двигателя.

2.1 На перегрузочную способность:
Номинальный момент двигателя:

Р2ном

Mном = ————— (4)

Wном
Wном = Wo·(1 - Sном) (5)
3.14·no

Wo = ——————— (6)

30
где nо - синхронная частота вращения, nо = 1500 об/мин.
Критический момент:
Мк = mк·Мном (7)
Максимальный рабочий момент (максимальную мощность берем из нагрузочной диаграммы, Рmax = 18 кВт).

Pmax

Mcmax= ———— (8)


Wк = Wo·(1 - Sк) (9)
Проверка на перегрузочную способность:

2

Mк·(1-ΔU) > Mcmax (10)
В нашем случае:

2

Wo·Мсmax

Ррасч = —————————— (11)

2

mк·(1-ΔU)
Выбираем ближайший электрический двигатель 4A160S4Y3. Данные по двигателю сведем в таблицу 2.

Таблица 2 - Технические данные электродвигателя 4A160S4Y3.

——————————————————————————————————————————————————————————————————————

|P2ном| ηном|cosфн| mп | mмin| mк | Sном| Sк | iп | Jд | tпо | m|

| кВт | | | | | | % | % | |кг·м2| с |кг|

——————————————————————————————————————————————————————————————————————

15 88.5 0.88 1.4 1 2.3 2.3 16 7 0.1 0.12 135

——————————————————————————————————————————————————————————————————————
Проверяем вновь выбранный двигатель на перегрузку:

Wном = 157·(1 - 0.023 ) = 153.4 рад/с.
15000

Mном = —————— = 97.8 Н·м.

153.4
Мк = 2.3 · 97.8 = 224.9 Н·м.
Wк = 157 ·(1 - 0.16 ) = 131.9 рад/с.
18000

Mcmax= ————— = 136.5 Н·м.

131.9
2

224.9 ·(1 - 0.2) = 143.9 Н·м > 136.5 Н·м.
Условие (10) выполняется, следовательно двигатель 4A160S4Y3 удовлетворяет требованию перегрузки.
2.2 Прoверка на нагрев методом средних потерь.
Температура нагрева двигателя не превышает допустимую при условии:

ΔPcр

ΔPном > ———— (12)



где Кт - коэффициент тепловой перегрузки двигателя;

1

Кт = —————————————— (13)

1-ехр(-tp/T'н)
tp - время работы двигателя, мин, (берется из нагрузочной диаграммы, рисунок 1);

T'н - постоянная времени нагрева проверяемого двигателя;
6·m·Tдоп·ηном/100

Т'н = —————————————————————— (14)

3

Р2ном·(1-ηном/100)·10
m - масса двигателя, кг;

Тдоп - предельно допустимое превышение температуры нагрева обмоток двигателя. Определяется классом нагревостойкости изоляции. Для двигателей с высотой оси вращения 50...132 мм применяется класс В, 160...355 мм - класс F. Величина Тдоп для класса В равна 80°С, класса F - 100°С. В нашем случае Тдоп = 100 °C;

ηном - номинальный КПД двигателя;

Р2ном - номинальная мощность электродвигателя, кВт.
6· 135 · 100 · 0.885

Т'н = ——————————————————— = 41.6 мин.

15000 ·(1 - 0.885 )

1

Кт = ————————————————————— = 1.67 .

1 - ехр(- 38 / 41.6 )
Потери мощности двигателя на каждом периоде нагрузки:
1-ηном 1-η1 1-ηn

ΔPн=Р2ном·—————— ; ΔP1=Р1·—————— ; ... ΔPn=Рn·—————— (15)

ηном η1 ηn
Значения Р1...Рn берут из нагрузочной диаграммы. Если мощность на валу двигателя на каком-то интервале равна нулю, т.е. Рi=0, то потери холостого хода:
1-ηном

ΔPx = P2ном·—————————— (16)

(a+1)·ηном
Величина средних потерь
ΔP1·t1 + ΔP2·t2 + ΔP3·t3 + ΔP4·t4

ΔPcp = ————————————————————————————————— (17)

t1 + t2 + t3 + t4
При расчете потерь в двигателе необходимо знать КПД двигателя. КПД при любой нагрузке Рi:

1

ηi = ——————————————————————————————— (18)

a

——— + Xi

1 Xi

1 + (—————— - 1)·—————————

ηном a + 1
где ηном - номинальный КПД;

а - коэффициент, равный отношению постоянных потерь мощности двигателя к переменным, а=0.6;

Xi - показатель загрузки двигателя на i-м интервале нагрузочной диаграммы:

Pi

Xi = ————— (19)

P2ном
Также значения КПД и cosф можно определить, воспользовавшись данными таблицы 3 и рисунком 2.

Таблица 3 - Энергетические показатели двигателя типа 4A160S4Y3 в зависимости от нагрузки на валу.

+——————————————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+

| P2/P2ном,% | 25 | 50 | 75 | 100 | 125 |

+——————————————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+

| КПД, о.е. | 86 | 89.5 | 89.5 | 88.5 | 86.5 |

+——————————————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+

| cosф, о.е. | 0.63 | 0.81 | 0.87 | 0.88 | 0.88 |

+——————————————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+



Рисунок 2 - Графики изменения КПД и cosф двигателя 4A160S4Y3 от нагрузки на валу
Определим величину средних потерь:
Х1 = Р1/Р2ном = 14000 / 15000 = 0.93

Х2 = Р2/Р2ном = 12000 / 15000 = 0.8

Х3 = Р3/Р2ном = 18000 / 15000 = 1.2

Х4 = Р4/Р2ном = 16000 / 15000 = 1.07
Пользуясь выражением рисунком 2 определим значения η и соsф:

η1 = 0.89

η2 = 0.89

η3 = 0.87

η4 = 0.88

cosф1 = 0.88

cosф2 = 0.88

cosф3 = 0.87

cosф4 = 0.88
Потери мощности в двигателе:
1-ηном 1 - 0.885

ΔPном=Pном·—————————— = 15000 ·—————————————— = 1949 Вт.

η 0.885
1-η1 1 - 0.89

ΔP1=P1·—————————— = 14000 ·—————————————— = 1730 Вт.

η 0.89
1-η2 1 - 0.89

ΔP2=P2·—————————— = 12000 ·—————————————— = 1483 Вт.

η 0.89
1-η3 1 - 0.87

ΔP3=P3·—————————— = 18000 ·—————————————— = 2690 Вт.

η 0.87
1-η4 1 - 0.88

ΔP4=P4·—————————— = 16000 ·—————————————— = 2182 Вт.

η 0.88

Величина средних потерь:

1730 · 10 + 1483 · 8 + 2690 · 8 + 2182 · 12

ΔPcp = ———————————————————————————————————————— = 2023 Вт.

10 + 8 + 8 + 12
Проверяем на нагрев:
ΔPcр

———— < ΔPном


2023

————— = 1211 Вт < 1949 Вт.

1.67
Условие выполняется, следовательно выбранный двигатель проверку на нагрев методом средних потерь проходит.
2.3 Проверка на нагрев методом расчета температуры.
Начальное значение температуры превышения принимается равным 0°С, а далее конечное значение температуры превышения на первом интервале равно начальному на втором и т.д.

Установившееся значение температуры превышения на каждом i-м интервале нагрузки:

ΔPi

Туi = ——— (20)

A

Теплоотдача А = ΔPном/Tдоп = 1949 / 100 = 19.5 Вт/°С. (21)
Установившееся значение температуры превышения:

Ту1 = 1730 / 19.5 = 88.7 °С;

Ту2 = 1483 / 19.5 = 76.1 °С;

Ту3 = 2690 / 19.5 = 137.9 °С;

Ту4 = 2182 / 19.5 = 111.9 °С.
Расчет температуры превышения на первом участке (0..t1):
Т1нач= 0 C°;

T1ср= 88.7 ·(1-exp(-0.5· 10 / 41.6 ) = 10 °C;

T1кон= 88.7 ·(1-exp( 10 / 41.6 ) = 19 °C.
Расчет температуры превышения на втором участке (t1..t2):
Т2нач=Т1кон= 19 C°;

T2ср= 76.1 ·(1-exp(-0.5· 8 / 41.6 ))+ 19 ·exp(-0.5· 8 / 41.6 )= 24.2 C°;

T2кон= 76.1 ·(1-exp(- 8 / 41.6 ))+ 19 ·exp(- 8 / 41.6 )= 29 C°.
Расчет температуры превышения на третьем участке (t2..t3):
Т3нач=Т2кон= 29 C°;

T3ср= 137.9 ·(1-exp(-0.5· 8 / 41.6 ))+ 29 ·exp(-0.5· 8 / 41.6 )= 39 C°;

T3кон= 137.9 ·(1-exp(- 8 / 41.6 ))+ 29 ·exp(- 8 / 41.6 )= 48.1 C°.
Расчет температуры превышения на четвертом участке (t3..t4):
Т4нач=Т3кон= 48.1 C°;

T4ср= 111.9 ·(1-exp(-0.5· 12 / 41.6 ))+ 48.1 ·exp(-0.5· 12 / 41.6 )= 56.7 C°;

T4кон= 111.9 ·(1-exp(- 12 / 41.6 ))+ 48.1 ·exp(- 12 / 41.6 )= 64.1 C°.
Кривая охлаждения двигателя
Тохл=Тнач·exp(-t/To)
где Тнач = Т4кон = 64.1 °C;

To = 2·Tн = 83.2 °C.

Принимаем t = To; 2·To; 3·To; 4·To; 5·To.

Результаты расчетов сводим в таблицы 4 и 5.

Таблица 4 - Данные расчетов нагрева двигателя 4A160S4Y3

+—————+————————————————————+—————————————+—————————————+—————————————+

|Нагр.| P1 | P2 | P3 | P4 |

|—————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————|

|Точка| 0 |0.5·t1| t1 |0.5·t2| t2 |0.5·t3| t3 |0.5·t4| t4 |

|—————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————|

|Время| 0 | 5 | 10 | 4 | 8 | 4 | 8 | 6 | 8 |

| мин.| | | | | | | | | |

|—————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————|

|Темп.| 0 | 10 | 19 | 24.2 | 29 | 39 | 48.1 | 56.7 | 64.1 |

| °C | | | | | | | | | |

|—————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————+——————|
Таблица 5 - Данные расчетов охлаждения двигателя 4A160S4Y3

+————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+

| Точка | 0 | To | 2·To | 3·To | 4·To | 5·To |

+————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+

| Время, | 0 | 83.2 | 166.4 | 249.6 | 332.8 | 416 |

| мин. | | | | | | |

+————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+

|Температ| 64.1 | 23.6 | 8.7 | 3.2 | 1.2 | 0.4 |

| °C | | | | | | |

+————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+
По результатам расчетов нагрева и охлаждения электродвигателя строим график, рисунок 3.



Рисунок 3 - График нагрева и охлаждения двигателя 4A160S4Y3.
Из анализа кривой нагрева двигателя видим, что в процессе работы температура не достигает допустимой величины 100 C°. Следовательно, выбранный двигатель проходит по нагреву. Время охлаждения до температуры окружающей среды составляет около 6.9 часов.
2.4 Проверка выбранного двигателя на нагрев методом эквивалентных величин.
По паспортным данным двигателя 4A160S4Y3 строим нагрузочную диаграмму при пуске. По заданию пуск осуществляется с постоянным моментом сопротивления 0.3·Мном. Момент инерции рабочей машины равен 2·Jд. Исходные данные для построения берем в таблице 2.

Механическая характеристика электродвигателя имеет координаты:

2·п·f 2·3.14·50

1. Wo= ————— = ————————— = 157 рад/с, т.к. Р=2;

P 2

Mo = 0.
2. Wн= Wo·(1-Sном)=157·(1 - 0.023 ) = 153.4 рад/с;

Mн= P2ном / Wн = 15000 / 153.4 = 97.8 Н·м.
3. Wк= Wo·(1-Sк)=157·(1 - 0.16 ) = 131.9 рад/с;

Mк= Мн·mк = 97.8 · 2.3 = 224.9 Н·м.
4. Wmin= Wo·(1-Smin)=157·(1 - 0.857 ) = 22.5 рад/с;

Mmin= Мн·mmin = 97.8 · 1 = 97.8 Н·м.
5. Wп= 0;

Mп= Мн·mп = 97.8 · 1.4 = 136.9 Н·м.
Момент сопротивления при пуске:

Мс = 0.3·Мн = 0.3· 97.8 = 29.3 Н·м.
Электромеханическая характеристика двигателя:

Рн

Iн = ———————————————— (22)

1.73·Uн·ηн·cosфн
15000

Iн = —————————————————————— = 29.3 A.

1.73·380· 0.885 · 0.88

1. Wo = 157 рад/с;

cosфн

Io = Iн·(sinфн - ————— ) (23)

2·mк
0.88

Io = 29.3 ·( 0.48 - ————— )= 8.5 A.

4.6
2. Wн = 153.4 рад/с;

Iн = 29.3 A.
3. Wк = 131.9 рад/с;

Iк = (0.7...0.8)·Iн·iп = 0.8· 29.3 · 7 = 164.1 A. (24)
4. Wп = 0;

Iп = Iн·iп = 29.3 · 7 = 205.1 A. (25)
Расчет времени пуска двигателя приведен на рисунке 4.



Рисунок 4 - Нагрузочная диаграмма двигателя 4A160S4Y3 при пуске.
Jсум = Jд + Jрм (26)

где Jд берем из таблицы 2, Jрм = 2·Jд по условию задачи.

Jсум = 0.1 +2· 0.1 = 0.3 кг·м2.

ΔW1 23

Δt1 = Jсум·———————— = 0.3 ·————— = 0.0885 сек;

Мдин.ср1 78
ΔW2 37

Δt2 = Jсум·———————— = 0.3 ·————— = 0.1354 сек;

Мдин.ср2 82
ΔW3 40

Δt3 = Jсум·———————— = 0.3 ·————— = 0.0923 сек;

Мдин.ср3 130
ΔW4 32

Δt4 = Jсум·———————— = 0.3 ·————— = 0.0565 сек;

Мдин.ср4 170
ΔW5 24

Δt5 = Jсум·———————— = 0.3 ·————— = 0.0511 сек.

Мдин.ср5 141
tп = Δt1+Δt2+Δt3+Δt4+Δt5 = 0.0885 + 0.1354 + 0.0923 + 0.0565 + 0.0511 = 0.4238 сек.
Для удобства расчетов заполним таблицу 6.

Таблица 6 - Результаты расчета нагрузочной диаграммы при пуске двигателя

+————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+

| Точка | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |

+————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+

|wi,рад/с| 0 | 23 | 60 | 100 | 132 | 156 |

|ΔWi,р/с | 0 | 23 | 37 | 40 | 32 | 24 |

|Мдин.ср | 107.6 | 78 | 82 | 130 | 170 | 141 |

|Ii,A | 205.1 | 203 | 199 | 187 | 164 | 29.3 |

|Δti, с | 0 | 0.0885 | 0.1354 | 0.0923 | 0.0565 | 0.0511 |

|ti,сек | 0 | 0.0885 | 0.2239 | 0.3162 | 0.3727 | 0.4238 |

+————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+—————————+
Эквивалентный ток за время пуска:

___________________________________________

/ 2 2 2 2 2

/Icp1·Δt1+Icp2·Δt2+Icp3·Δt3+Icp4·Δt4+Icp5·Δt5

Iэп = / ———————————————————————————————————————————— . (27)

V Δt1+Δt2+Δt3+Δt4+Δt5

Эквивалентный ток за время пуска:

____________________________________________________________________________

/ 2 2 2 2 2

/ 204.5 · 0.0885 + 201 · 0.1354 + 193.1 · 0.0923 + 173.1 · 0.0565 + 92.4 · 0.0511

Iэп = / ————————————————————————————————————————————————————————————————————————————— = 186.5 A.

V 0.0885 + 0.1354 + 0.0923 + 0.0565 + 0.0511

Нагрузочная диаграмма за время пуска:

Токи двигателя по интервалам (величины η и cosф определены по рисунку 2 в пункте 2.2):
P

I = —————————————— (28)

1.73·Uн·η·cosф
14000

I1 = ————————————————————— = 27.2 A;

1.73·380· 0.89 · 0.88
12000

I2 = ————————————————————— = 23.3 A;

1.73·380· 0.89 · 0.88

18000

I3 = ————————————————————— = 36.2 A;

1.73·380· 0.87 · 0.87
16000

I4 = ————————————————————— = 31.4 A;

1.73·380· 0.88 · 0.88

С учетом полученных результатов на рисунке 5 строим нагрузочную диаграмму двигателя.
Рисунок 5 - Нагрузочная диаграмма двигателя
Так как время в расчетах дается в минутах, необходимо пересчитать время пуска tп (оно определено в секундах).

tп 0.4238

t'п = —— = ——————— = 0.0071 , мин.

60 60

Эквивалентный ток двигателя за время работы:
___________________________________

/ 2 2 2 2 2

/Iэп ·tп+I1 ·t1+I2 ·t2+I3 ·t3+I4· t4

Iэp = / ———————————————————————————————————— =

V tп+t1+t2+t3+t4
______________________________

/ 247 + 7398 + 4343 + 10484 + 11832

= / —————————————————————————————— = 30 A.

V 38.007
Коэффициент механической перегрузки:

____________ _____________________

Км = V Кт·(а+1)-а = V 1.67 ·(0.6 + 1) - 0.6 = 1.44
Проверяем на гагрев:
Км·Iном > Iэр

42.192 > 30
Следовательно, выбранный двигатель проходит проверку по нагреву всеми тремя методами. Это объясняется тем, что он выбран по перегрузке с учетом 20% снижения напряжения в сети.

Пункт 3. Расчет и выбор автоматического выключателя и пускателя.
3.1 Автоматический выключатель выбираем по условию:

1. Uн.ав > Uн.сети

2. Iн.ав > Iн.дв

Из приложения 2 [3] этим условиям отвечает выключатель серии ВА51Г26 c номинальным током 32 А и напряжением 380 В.

Защита от перегрузки, номинальный ток теплового расцепителя:

Iн.тр > Iн.дв

32 A > 29.3 A

Защита от токов короткого замыкания. Ток электромагнитного расцепителя:

Iэм = к·Iн.тр = 14 · 32 = 448 A.

Проверка:

Iэм > 1.4·Iп

448 > 287.1

Поскольку данных по источнику питания нет, то дальнейшая проверка не проводится.
3.2 Магнитный пускатель выбирем по условию:

1. Uн.пуск > Uн.сети

2. Iн.пуск > Iн.дв

Из приложения 3 [3] выбираем пускатель серии ПМ 12-040100 на номинальный ток 40 А без теплового реле, так как тепловая защита имеется в автоматическом выключателе [3].
Пункт 4. Расход электроэнергии за время выполнения работы.
P1 P2 P3 P4

A = ——·t1 + ——·t2 + ——·t3 + ——·t4 , кВт·ч. (30)

η1 η2 η3 η4

Расход электроэнергии за 1-й период работы:

14000

A1 = —————· 10 = 157303 Вт·мин.

0.89
Расход электроэнергии за 2-й период работы:

12000

A2 = —————· 8 = 107865 Вт·мин.

0.89
Расход электроэнергии за 3-й период работы:

18000

A3 = —————· 8 = 165517 Вт·мин.

0.87
Расход электроэнергии за 4-й период работы:

16000

A4 = —————· 12 = 218182 Вт·мин.

0.88
A = 2.622 + 1.798 + 2.759 + 3.636 =10.815 кВт·ч.






написать администратору сайта