Автоматизированный электропривод

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования  «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина»

 

Факультет заочного образования

 

Кафедра автоматизированного  электропривода

 

 

 

 

Курсовая работа

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Ямашкин С. С.

Группа: 38 – эл. 1

Шифр: 0173-эл

Вариант: 73

15.12.12 г.

Проверил: Кабдин Н. Е.


 

 

 

 

 

Москва, 2012 г.

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

Задание:


1.1. Для главного привода  подъемного механизма, выполненного  по кинематической схеме, приведенной  на рис.1, в соответствии с индивидуальным заданием выбрать асинхронный электродвигатель (АД) с фазным ротором. Режим работы электропривода – повторно-кратковременный (S3).

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

1.3. Для главного привода подъемного механизма определить сопротивления, которые требуется ввести в цепь ротора, чтобы груз двигался на подъем 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.

Часть 2.

2.1. Для привода  подъемного механизма выбрать  асинхронный электродвигатель с  короткозамкнутым ротором с повышенным  скольжением. Режим работы электропривода  – S3. Построить естественную механическую характеристику и характеристики при напряжениях 0,5; 0,7 и 0,9 номинального значения.

2.2. Для привода  подъемного механизма выбрать  асинхронный электродвигатель с  короткозамкнутым ротором основного  исполнения. Режим работы электропривода  – S3.

2.3. Определить время пуска электродвигателя, выбранного в п. 2.2, и построить зависимости и .

2.4. Для электродвигателя, выбранного в п. 2.2, определить  допустимое число включений в  час.

Электродвигатели  основного исполнения для привода подъемного механизма выбирать с синхронной частотой вращения: для четных вариантов n0 = 1500 об / мин, для нечетных – n0 = 3000 об/мин.

Время цикла  в повторно-кратковременном режиме принять равным, согласно ГОСТ 183, стандартному – 10 мин.

5. Момент сопротивления  при спуске и подъеме считать  неизменным.

6. Снижение напряжения  при пуске принять равным 7,5%.

7. Постоянную  времени нагрева Тн принять равной С/2А.

 

Исходные данные: скорость груза V , масса груза m, диаметр барабана d, момент инерции барабана Jб, КПД передачи ηп, продолжительность включения ПВ и тип схемы приведены в таблице.

Тип

схемы

m,

кг

V,

м/с

d,

м

Jб,

кг·м2

ηп

ПВ,

%

В функции

времени

1500

1,3

0,4

13

0,9

49


 

РЕШЕНИЕ:

Часть 1.

    1. Выбор асинхронного двигателя с фазным ротором.

Для правильного выбора мощности электродвигателя подъемного механизма следует построить  нагрузочную диаграмму, для чего необходимо определить мощность сопротивления, время работы и паузы.

Мощность сопротивления:

= Вт

 

где m – масса груза, кг;

       V – скорость груза, м/с; 

       g  – ускорение свободного падения,  м/с ;

       η– КПД передачи.

Время работы:

=10 =4,9мин.                                                     

где (10 мин) – время цикла работы;

      ПВ – продолжительность включения, % .

Время паузы:

=10-4,9 =5,1мин                                                      

Выбор мощности электродвигателя производится по условию:

                                                             

где   –   номинальная мощность двигателя, кВт;

      – эквивалентная мощность по нагрузочной диаграмме, определяемая по выражению:

                          = кВт               

где  β(0,45…0,55) – коэффициент  ухудшения охлаждения двигателя  в период паузы. Выбираем β=0,5.

Выбираем электродвигатель серии 4АК с фазным ротором типа 4АК180М4

 

 

 

Табл.2 Технические  данные электродвигателя серии 4АК160М4

,

кВт

,

A

,

об/мин

Данные ротора

, A

, B

18,5

35,8

1455

0,89

0,88

4,0

38

295


 

 

Для обеспечения надежного пуска  двигателя делается проверка по условию:                           

     где = =  =0,925    →351,5 В – действительное напряжение при пуске.

      – действительное напряжение при пуске, В;

  – номинальное напряжение  сети, В; 

  – пусковой момент электродвигателя (Н·м), который принимается равным 0,8 момента критического;

– момент трогания рабочего органа подъемного механизма (Н·м), который  приближенно можно определить по выражению:

где – номинальная угловая скорость электродвигателя, .

= = = 152,3

= 139,5 Н·м

= = 121,47 Н·м

= 4,0· 121,47 =485,88 Н·м – критический  (максимальный) момент электродвигателя

= 0,8 =0,8·485,88 = 388,7 Н·м

Условие выполняется, следовательно, двигатель выбран правильно.

 

 

 

 

 

1.2. Расчет сопротивления ступеней пускового реостата и определение пускового тока в роторе электродвигателя и в сети.

При расчете сопротивлений ступеней пускового реостата используется графический  способ, для чего необходимо построить естественную механическую характеристику асинхронного электродвигателя.

Точка 1: М=0; ω= = = =157

p= = =2

Точка 2: М= = 121,47 Н·м; ω= =152,3

Точка :  Задаём S= ; = = =388,7Н·м

= = = 157(1-0,12)=138,16

= = =0,03

= ( + )= 0,03(4,0+ =0,236

= = =0,12

Точка 3: М= = 485,88 Н·м; ω= = = 157(1-0,236)=120

Табл.3 Естественная механическая характеристика двигателя 4АК200М6

№точки

1

2

3

ω

157

152,3

138,16

120

М Н·м

0

121,47

388,7

485,88


 

Построение пусковой диаграммы (рис.1) начинаем с определения максимального и переключающего (минимального) моментов по выражениям:

= 485,88=388,7…437,3 Н·м    

= 139,5 =153,45…181,35 Н·м    

 

Масштаб сопротивления:

= =5,58*10-3 Ом/мм

= =0,134 Oм

 – ЭДС между кольцами  неподвижного разомкнутого ротора, В; 

     – номинальный ток ротора, А;

  – отрезок на пусковой  диаграмме, соответствующий номинальному со-

противлению ротора,  мм.

Тогда сопротивления  ступеней пускового реостата равны:

= = 0,00558·105=0,586 Oм

= = 0,00558·28=0,156 Oм

= = 0,586+0,156=0,742 Oм

Пусковой ток ротора определяем по выражению:

= = 194,7 А

Пусковой ток сети основывается на соотношении:

=

т.е на том, что отношение токов  статора и ротора в любом режиме работы электродвигателя остаётся постоянным.

= = =183,4 А

 

 

 

 

1.3. Определение сопротивлений для главного привода подъемного механизма.

Добавочное сопротивление, введенное  в цепь ротора определяем по выражению:

где  и – скольжения при работе с М=Мс на естественной и искусственной механических характеристиках соответственно;

– добавочное сопротивление в  цепи ротора, Ом.

= =0,03 = 0,034

= = 157(1-0,034)=151,6

При подъеме:

= = = 0,515

= = = 2,03 Ом

= = =40,6 А

= = =38,2 А

При спуске:

= = = 1,48

= = = 5,83 Ом

= = =42,34 А

= = =40 А

 

 

 

 

Часть 2.

    1. Выбор асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором с повышенным скольжением.

 

 

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 ВП. За номинальную мощность принимается мощность при ПВ=40%.  Длительность рабочего цикла не должна превышать 10 минут (ГОСТ 183-74).

Для выбора двигателя  из данной серии необходимо определить фактическую продолжительность  включения ПВ (указанное в задании) и мощность сопротивления Pc .

При выборе электродвигателя найденное значение мощности сопротивления  пересчитывается на ближайшее большее  стандартное значение продолжительности  включения по выражению:

где:  – стандартное значение относительной продолжительности включения, т.е.; ( 0,15; 0,25; 0,4; 0,6);

– фактическое значение относительной  продолжительности включения;

  – мощность сопротивления  при значении , кВт;

  – мощность сопротивления,  приведенная к ближайшему большему стандартному значению , кВт;

(0,5…0,7) – коэффициент потерь.

= = = 0,49

≥ , следовательно

= = 17,8 кВт

При выборе электродвигателя соблюдается  условие:

 по условию при ПВ 60%

Выбираем электродвигатель серии 4АС с повышенным скольжением типа 4АС160М4

 

Табл.4 Технические данные электродвигателя серии 4АС160М4

,

кВт, при ПВ=40%

,

об/  мин

,

A

Наибольшая допустимая мощность

(кВт) при ПВ, %

J, кг/м3

m, кг

15

25

60

20,0

1430

37,6

0,87 

    0,87 

7,0 

2,0

1,6 

2,2

25,0

23,0

18,5 

0,13 

160


Теперь  двигатель проверяем  по условию надежного пуска:                   

= = = 149,7

= 141,8 Н·м

= = 133,6 Н·м

= =2,0· 133,6= 267,2 Н·м

Условие выполняется, следовательно, двигатель выбран правильно.

Построение естественной механической характеристики:

Точка 1: М=0; ω= = = =157

p= = =2

Точка 2: М= = 133,6 Н·м; ω= =149,7

Точка 3: М= = = 2,2· 133,6=294 Н·м;

ω= = = 157(1-0,19)=127 

= = =0,046

= ( + )= 0,046(2,2+ =0,19

Точка 4: М= = 1,6·133,6=213,7 Н·м;

ω= ≈ 22,4

Точка 5: М= = 2,0*133,6=267,2 Н·м; ω=

Табл.5 Естественная механическая характеристика двигателя 4АС160М4

№точки

1

2

3

4

5

ω

157

149,7

127

22,4

0

М Н·м

0

133,6

294

213,7

267,2


 

Построение характеристик при  напряжениях 0,5; 0,7 и 0,9 номинального значения. 

При  j=0,5:

Т.1 0·0,52 = 0 Н·м;

Т.2 133,6·0,52 = 33,4 Н·м;

Т.3 294·0,52 = 73,5 Н·м;

Т.4 213,7·0,52 = 53,4 Н·м;

Т.5 267,2·0,52 =66,8 Н·м.

При  j=0,7:

Т.1 0·0,72 = 0 Н·м;

Т.2 133,6·0,72 = 65,4 Н·м;

Т.3 294·0,72 = 144 Н·м;

Т.4 213,7·0,72 = 104,7 Н·м;

Т.5 267,2·0,72 =130,9 Н·м.

При  j=0,9:

Т.1 0·0,92 = 0 Н·м;

Т.2 133,6·0,92 = 108,2 Н·м;

Т.3 294·0,92 = 238,1 Н·м;

Т.4 213,7·0,92 = 173 Н·м;

Т.5 267,2·0,92 = 216,4 Н·м.

 

2.2. Выбор асинхронного  электродвигателя с короткозамкнутым  ротором основного исполнения

Выбор мощности электродвигателя производится по условию:

=
 кВт

Выбор: т.к. нечётный вариант№73, то выбираем двигатель с оборотами              об/ мин. из серий RА, АИР, 4А двигатель с наибольшим пусковым моментом.

Выбираем электродвигатель серии  RА основного исполнения типа          RA 160L2. Т.к пусковой момент у него наибольший и равен 2,0.

 

Табл.6 Технические данные электродвигателя серии RА 160 L2

,

кВт

,

A

,

об/ мин

J, кг/м3

m, кг

18,5

35,0

2940

0,88

0,90

7,5

2,0

1,8

3,2

0,0533

133


Проверка  двигателя  по условию надежного пуска:                   

= = = 307,7

= 69 Н·м

= = 268 Н·м

= =2,0·268= 536 Н·м

Условие выполняется, следовательно, двигатель выбран правильно.

 

 

2.3.  Определение времени пуска  электродвигателя и построение  зависимости 

и

Время пуска  tп привода определяют на основе уравнения движения электропривода:

  

где: – момент электродвигателя, Н·м;

 – момент сопротивления  подъемного механизма, приведенный  к валу электродвигателя,  Н·м; 

приведенный момент инерции системы  «двигатель – подъемный  механизм», кг·м2;

где: k - коэффициент, учитывающий момент инерции механической передачи(k=1,2);

 – момент инерции ротора  электродвигателя, кг·м2;

– момент инерции барабана подъемного механизма кг·м2;

=
=69  Н·м

= = =47– передаточное отношение редуктора;

= = =6,5 – номинальная скорость барабана подъемного механизма, ;

   V  – скорость подъема  груза, м/с; 

   d  – диаметр барабана, м; 

   m – масса груза, кг.

1,2·0,0533 + + =0,064+0,00588+0,0268=0,096 кг·м2

Построение  естественной механической характеристики:

Точка 1: М=0; ω= = = =314

p= = =1

Точка 2: М= = 268 Н·м; ω= =

Точка 3: М= = =3,2· 268 =857,6 Н·м;

ω= = = 314(1-0,125)=274,7

= = =0,02

= ( + )= 0,02(3,2+ =0,125

Точка 4: М= = 1,8·268 =482 Н·м;

ω= = 44,8

Точка 5: М= = 2,0*268=536 Н·м; ω= .

 

 

 

 

Табл.7 Естественная механическая характеристика двигателя RА180М4

№точки

1

2

3

4

5

ω

314

307,7

274,7

44,8

0

М Н·м

0

268

857,6

482

536


Определение времени пуска:

=0,096 =0,0102 c;

=0,096 =0,0196 c;

=0,096 =0,0100 c;

=0,096  =0,00695 c;

=0,096  =0,0092 c;

 

=0,0102 + 0,0196 + 0,01 + 0,00695 + 0,0092 = 0,05595 c.

Табл.8. Параметры участков.

№участка

1

2

3

4

5

ωнач, с-1

0

46

140

200

250

ωкон, с-1

46

140

200

250

310

Δωi, с-1

46

60

Mдин.i, H·м

460

575

690

625


 

 

2.4.  Определение допустимых включений  в час.

Допустимое число включений  в  час для электродвигателя подъемного механизма рассчитывается по формуле:

где: – номинальные потери мощности, Вт;

– фактические потери мощности (при нагрузке Рс), Вт;

β – коэффициент ухудшения охлаждения;     

– потери энергии в двигателе  при пуске, Дж.

= =18,5 =2,06 кВт

=1,07+0,98 =2,4кВт

где: и – постоянные и переменные потери мощности в электродвигателе, которые находятся путем решения системы:

= = =0,98кВт

= =1,1·0,98= 1,07 кВт

 

Потери энергии при пуске

=

 

 

 

 

 

 

Допустимое число включений  в  час для электродвигателя подъемного механизма      раз.

 

Список используемой литературы

 

  1. Лекции по АЭП. Кабдин Н. Е.

 

  1. Кабдин Н. Е. Автоматизированный электропривод. Методические рекомендации по изучению дисциплины и выполнению курсовой работы. «Профессиональное обучение (агроинженерия)». М.:МГАУ. 2002-40с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

КР.МГАУ.ЭАСХ.00.73.000

         

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Разработ.

Ямашкин С. С

    

Автоматизированный  электропривод

Литер.

Лист

Листов

Проверил

Кабдин Н. Е.

    

У

  

2

Зав. каф.

      

МГАУ  гр. 38-эл1

Н. контр.

      

Утвердил

      

 

 

Лист

 


Автоматизированный электропривод 📙 Курсовая → 🆔 2523

Автоматизированный электропривод 📙 Курсовая → 🆔 2523