Асинхронный электропривод подъёмного механизма

МИНИСТЕРСТВО  НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Электротехнический  факультет

Кафедра «Электроснабжение и электротехника» 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

на тему:

 «Асинхронный электропривод подъёмного механизма»

по дисциплине «Электрооборудование промышленности»

Вариант 5 
 
 
 
 

Студент: 

Группа: ЭХ-401

Преподаватель:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

мде, были времена, делал  вот. Пользуйтесь)))) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тольятти, 2010 

ВВЕДЕНИЕ

 Электрические  приводы, электродвигатели являются  основными потребителями электрической энергии в промышленности, поэтому эффективность энергосберегающих технологий в значительной мере определяется эффективностью электропривода, в том числе эффективностью использования энергетических возможностей электродвигателя. С другой стороны, правильный выбор электродвигателя - есть основа обеспечения всех технологических режимов и динамических характеристик как собственно электропривода, так и рабочего механизма.

 Задачей  курсовой работы является освоение  методов выбора асинхронных электродвигателей и расчетов их параметров и характеристик в составе электропривода подъемного механизма. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

АННОТАЦИЯ

   Данная курсовая работа посвящена выбору асинхронных электродвигателей различных исполнений, как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором, для привода грузоподъемного механизма, а также расчету параметров и характеристик электропривода.

   Произведён расчёт параметров и выбор электродвигателя  с фазным и с короткозамкнутым ротором для повторно- кратковременного режима; построены механические характеристики.

  Структура курсовой работы имеет общий объём 15 страниц и включает в себя 2 части, содержит 2 таблицы и 5 рисунков. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задание на курсовую работу 

      1.  Приводной электродвигатель – асинхронный с фазным ротором 

1.1. Для  главного привода подъёмного  механизма в соответствии с  индивидуальным заданием выбрать  асинхронный электродвигатель с  фазным ротором. Режим работы  электропривода – повторно –  кратковременный. 

1.2. Рассчитать  сопротивления ступеней пускового реостата и определить пусковой ток в роторе электродвигателя и в сети. 

1.3. Определить  сопротивления, которые требуется  ввести в цепь ротора, чтобы  груз двигался на подъём и  на спуск со скоростью, равной 0,5 заданного значения. Построить  искусственные механические характеристики и определить ток в роторе и в сети при указанных режимах работы. 

2. Приводной электродвигатель –  асинхронный с короткозамкнутым ротором, с повышенным скольжением

 

2.1. Для привода подъёмного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным скольжением. Режим работы электропривода – S3.

2.2. Построить  естественную механическую характеристику  и харак-теристики при напряжениях  0,5; 0,7 и 0,9 номинального значения. 

Вариант курсовой работы: 5. 

Исходные  данные:

-синхронная  частота вращения n0= 1500об/мин.

-скорость  груза V= 1,0 м/с;

- масса  груза m= 2300 кг;

-диаметр  барабана d= 0,5 м;

-момент  инерции Jб= 21 кг∙м ;

-КПД  передачи 0,9;

-продолжительность  включения ПВ= 56 %. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

   Электрические приводы, электродвигатели являются основными потребителями электрической энергии в промышленности, поэтому эффективность энергосберегающих технологий в значительной мере определяется эффективностью электропривода, в том числе эффективностью использования энергетических возможностей электродвигателя. С другой стороны, правильный выбор электродвигателя - есть основа обеспечения всех технологических режимов и динамических характеристик как собственно электропривода, так и рабочего механизма.

   Задачей курсовой работы является освоение методов выбора асинхронных электродвигателей и расчетов их параметров и характеристик в составе электропривода подъемного механизма. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел  I. Приводной электродвигатель- асинхронный с фазным ротором. 

1.1. Выбор электродвигателя

Рисунок 1. Главный привод подъёмного механизма 
 

   С целью правильного выбора мощности электродвигателя подъёмного механизма (рис. 1) построим  нагрузочную диаграмму, для чего необходимо определить мощность сопротивления Рс по формуле:  

Рс= mgV/ηп                                                                                                                      (1)

     

                        = 25 кВт,                 

 Время работы tр (сек.) и время паузы t0 (сек.) находятся по формулам (2) и (3) соответственно: 

                     

 

        (2) 

(3) 

   

tц = 10 мин. – время цикла 
 
 
 

 Выбор мощности электродвигателя определяется из следующего условия:

Рн ≥Рэкв,                                                                                                                          (4)   

где Рн- номинальная  мощность электродвигателя

      Рэкв- эквивалентная мощность по  нагрузочной диаграмме, определяемая  по выражению: 

                                   

                            = 21 кВт,                                                                                               (5) 

где β = 0,5 – коэффициент  ухудшения охлаждения двигателя  в период паузы,

                                                                                  

Рисунок 2. Нагрузочная диаграмма 

Выбирем двигатель 4АК200М4: Рн=22 кВт, n_н=1465 об/мин, Iн=42,6 А. 

Сделаем проверку выполнения условия надёжного пуска: 

(6)                                                                                                                                   

0,856∙516,501 ≥ 163,32+35,87

                 442 > 200   

где kи=Uп/Uн= (380-(0,075∙380)/380=0,925  - действительное напряжение при пуске,  о.е. 

Uп- действительное напряжение при пуске, 220 В; 

Uн- номинальное напряжение в сети, 220 В; 

Мп=0,9 Мк= 0,9∙573,901= 516,511 - пусковой момент электродвигателя, Н∙м;

Мн=Рн/ ωн=143,47 Нм – номинальное значение момента, развиваемого электродвигателем; 

Мтр- момент трогания рабочего органа подъёмного механизма, который можно определить по формуле (7): 

Мтр= Рс/ωн=25 000 / 153,34 = 163,32 Нм                                                                    (7) 

ω₀=2∙π∙ n₀/60 = 2∙3,14∙1500/60 = 157 рад/сек – синхронная угловая скорость вращения; 

ωн=2∙π∙ n_н/60 = 2∙3,14∙1465/60 = 153 рад/сек.– номинальная угловая скорость вращения.

 

Условие пуска  выполняется. 
 

1.2. Расчёт сопротивлений  ступеней пускового  реостата и определение пусковых токов ротора

       и статора 

Для определения  сопротивлений ступеней пускового  реостата используем графический метод, для этого построим естественную механическую характеристику асинхронного электродвигателя по формуле Клосса: 

 

(8) 
 

Мк=μк∙Мн=4∙143,47=573,89  Нм  - критический (максимальный) момент электродвигателя;

α=1 – отношение сопротивления обмотки статора к активному сопротивлению ротора;

μк – кратность критического момента, в соответствии с выбором двигателя μк =4;

Sк- критическое скольжение электродвигателя:

 

=                                                                                   (9) 

где   = (1500-1465)/1500= 0,023 , где n₀ / n_н- синхронная и номинальная частоты вращения соответственно; 

Переход от скольжения к угловой скорости произведём, используя  формулу:

ω = ω0∙ (1-S)                                                                                                                  (10)  

Рассчитывая значения момента и угловой скорости для разных значений скольжения (0,1…1) по формулам  (8), (9) и (10), сведём полученные результаты в таблицу 1 и построим по ним механическую характеристику. 

Таблица 1- Параметры механической характеристики двигателя 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 3. Механическая характеристика электродвигателя 

Mmax=0,85∙Мк= 487,8 Нм;

Мс= Рс/ωн=163,3 Нм;                                                                                                   (11)

Мmin=1,2∙Мс= 196 Нм.                  

После построения пусковой диаграммы определим масштаб сопротивления:

= 0,1 / 3 = 0,0333 Ом/мм  

 

(12)

=340∙0,023/1,73∙45 = 0,1 Ом

 
 
 
 

ab - отрезок на пусковой диаграмме, соответствующий номинальному сопротивлению ротора, мм;

bd - отрезок на пусковой диаграмме, соответствующий сопротивлениям первой (bc) и второй (cd) ступени пускового реостата, мм.  

Далее найдём сопротивления  пускового реостата:

 

(13) 

 R₁=0,0333∙45= 1,5 Ом  - сопротивление первой ступени;      

 R₂=0,0333∙12=0,4 Ом  - сопротивление второй ступени;        

 Rреос= R₁+ R₂=1,9  Ом – сопротивление всего реостата.                                                                   

Пусковой ток  ротора определим по выражению:

 = 340/1,73∙1,9 = 103 А

 

(14) 
 

Пусковой ток  статора (сети):

= 42,76∙103/45 = 97,8 А

 

(15) 

Скольжение электродвигателя при работе на подъём:  

=                                                                                           (16) 

и на спуске:

 =

(17) 

Добавочное сопротивление  ротора:

 =

             Ом                                                                (18) 

=

 

Ом

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 4. Искусственные характеристики при  работе на спуск и подъём.

Раздел II. Приводной электродвигатель – асинхронный с короткозамкнутым ротором, с повышенным скольжением 

2.1. Выбор электродвигателя 

    Для повторно-кратковременного режима работы (S3) выпускается серия специальных машин, рассчитанных на этот режим. Такими машинами являются электродвигатели с повышенным скольжением. Эти электродвигатели рассчитываются на работу при следующих стандартных продолжительностях включения (ПВ): 15, 25, 40, 60 и 100%. В технической характеристике таких двигателей приводят величины мощности двигателя для всех значений ПВ. За номинальную мощность принимается мощность при ПВ=40%. Длительность рабочего цикла не должна превышать 10 мин (ГОСТ 183-74).

   Для выбора двигателя из данной серии необходимо определить фактическую продолжительность включения ПВ (указывается в задании) и мощность сопротивления Р_с (по выражению 1).

  Если продолжительность включения нестандартная, то при выборе электродвигателя найденное значение мощности сопротивления следует пересчитать, чтобы привести к стандартному значению продолжительности включения: 

=

кВт,                                              (19)        

где ε_ст =0,6 о.е - стандартное значение относительной продолжительности включения;

       ε_ф=0,56 о.е. -фактическое значение относительной продолжительности включения. 

Выбираем  двигатель со следующими параметрами: ПВ=60%, Рн=26,5 кВт, n_н=1440 об/мин, Iн=50 А, ηн=0,89, cosφ=0,91, ki=7,0, μп=2,0,  μmin=1,6, μк=2,2,  Jдв=0,23 кг∙м², m=195 кг. 

ωн=2∙π∙ n_н/60 = 2∙3,14∙1440/60 = 150,72 рад/сек.– номинальная угловая скорость вращения; 

ω₀=2∙π∙ n₀/60 = 2∙3,14∙1500/60 = 157 рад/сек – синхронная угловая скорость вращения; 

Мн=Рн/ ωн=175,8 Нм – номинальное значение момента, развиваемого электродвигателем; 

Мк=μк∙Мн=2,2∙175,8= 386,8  Нм  - критический момент электродвигателя; 

Мп=0,9 Мк= 0,9∙386,8= 348 Нм - пусковой момент электродвигателя, Н∙м; 

Мтр= Рс/ωн=23760 / 150,72 = 157,6 Нм - момент трогания рабочего органа подъёмного механизма;

= (1500-1440)/1500= 0,04 – номинальное значение скольжения;

 

Сделаем проверку выполнения условия надёжного пуска: 

                                                                                                                                   

0,856∙348 ≥ 157,6+0,25∙175,8

       297,9 > 201,55 

Условие пуска  выполняется. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.2. Построение механических  характеристик. 

  Построение естественной механической характеристики начнём с определения её характерных точек. Затем построим характеристики при напряжении 0,5; 0,7 и 0,9 номинального значения. 

точка 1.

точка 2.

точка 3.

точка 4.

точка 5.

 
 
 
 
 
 
 
 

Построим таблицу  для этих точек: 

Таблица 2 - Параметры механических характеристик двигателя. 

 

Рисунок 5. Механические характеристики электродвигателя с короткозамкнутым ротором, с повышенным скольжением 
 

Заключение 

    В данной курсовой работе был  произведён выбор электродвигателей  с фазным, а также с короткозамкнутым  ротором, с повышенным скольжением  для повторно – кратковременного  режима S3.

    Рассчитаны сопротивления ступеней  пускового реостата и определены  пусковые токи в роторе электродвигателя и в сети. Затем построены естественная механическая и искусственные характеристики при спуске и подъёме груза для электродвигателя с фазным ротором. Для двигателя с короткозамкнутым ротором, с повышенным скольжением построены естественная механическая характеристика и характеристики при 0,5; 0,7 и 0,9 номинального значения напряжения.

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы. 

1. Ключев, В.И.  Теория электропривода: учеб. для вузов / В.И. Ключев. - М.:

    Энергоатомиздат, - 560 с.

2. Ильинский,  Н.Ф. Общий курс электропривода: учеб. для вузов / Н.Ф.Ильинский,

    В.Ф. Козаченко.- М.: Энергоатомиздат, 1992. - 544 с.

3. Москаленко, В.В.  Электрический привод: учеб. пособие / В.В. Москаленко. -М.:

    Изд-во «Мастерство», 2000. - 368 с.

4. Кабдин, Н.Е.  Автоматизированный электропривод:  метод, рекомендации / Н.Е.

    Кабдин. - М.: Изд- во МГАУ, 2002. – 36 с.

5. Вешеневский,  С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. Изд. 6-е,

    исправленное / С.Н. - М.: Энергия, 1977. - 432 с.