Электропривод установки пневмотранспортерной УПФ-1

 

 

Министерство  сельского хозяйства и продовольствия

Республики  Беларусь

             Учреждение образования

 

Белорусский Государственный  Аграрный

 Технический  Университет

 

Кафедра ЭСХП

 

Расчетно-пояснительная записка  к

КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине «Электропривод»

на тему:

«Электропривод  установки пневмотранспортерной УПФ-1    (вариант 34)»

 

 

 

                                                                                                Выполнил: студент 4 

  группы 

                                                                                         Руководитель: Базулина Т.Г.

 

 

 

 

Минск - 2006 

 

 

 

 

 

Введение.

 

 

Автоматизация и электрификация сельскохозяйственного  производства приводит к облегчению труда рабочих, и уничтожение  существенного различия между умственным и физическим трудом, и дальнейшему повышению материального благосостояния народа.

Современный электропривод определяет собой уровень силовой электровооруженности, является главным средством автоматизации  рабочих машин и механизации  производственных процессов.

Рост электрификации и автоматизации, создание на этой базе более современных  машин ведут к огромному повышению  производительности труда.

Производство, переработка и хранение сельскохозяйственной продукции тесно  связано с использованием электроприводов.

Преимущества электропривода состоит  в том, что электрическая энергия  легко передается на большие расстояния, обладает высокой экологической  чистотой, что немаловажно в современных  технологиях, а также может преобразовываться  не только в механическую, но и в тепловую и в другие виды энергии, необходимые как в производстве, так и быту.

Электропривод отличается большим  количеством конструктивных решений, функционального назначения, технических  параметров и т.д.

Номенклатура электроприводов и область их применения растет. Растет количество электроэнергии, потребляемое электроприводами. Преимущества использования электропривода могут быть реализованы лишь при правильном его выборе по различным параметрам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение	4
1. Технологическая схема установки	5
2. Определение мощности рабочей  машины. Расчет и построение механической  характеристики и нагрузочной  диаграммы рабочей машины	7
3. Предварительный выбор элетродвигателя  по мощности, по номинальной  частоте вращения и исполнению	10
4. Кинематическая схема электропривода. Расчет основных параметров передаточного  устройства	12
5. Определение приведенного момента  электропривода и электромеханической  постоянной времени переходных  процессов	14
6. Расчет по определению потери напряжения при пуске АД, пускового тока	16
7. Расчет переходных режимов  электропривода с учетом напряжения  при пуске	21
8. Расчеты по определению превышения  температуры электродвигателя за  время пуска и в конце рабочего  цикла	25
9. Заключение о правильности  предварительного выбора электродвигателя	28
10. Выбор аппаратов управления и защиты электрических цепей и   электродвигателя	29
11. Выбор аппаратов защиты электродвигателя  по критерию эффективности                 30
12. . Описание схемы управления и размещение элементов схемы	31
13. Определение показателей надежности  электропривода	32
Литература	34

 

 

 

 

 

 

Аннотация

 

Курсовая работа представлена расчетно-пояснительной  запиской на 34  страницах машинописного  текста, содержащей 12 таблиц и графической частью, включающей 6 листов формата А4.

В работе представлены:

• описание работы технологической линии;
• технологические и кинематические схемы.

В процессе выполнения курсового проекта  были произведены следующие расчеты:

• основные параметры передаточного устройства, приведенного момента энергетического машинного устройства и электромеханической постоянной времени переходных процессов;
• переходных режимов электропривода;
• расчеты по определению температуры электродвигателя;
• расчет по определению потери напряжения при пуске АД.

Записка также содержит описание работы принципиальной электрической схемы  силовых цепей и выбор коммутационной и защитной аппаратуры. В процессе выполнения курсового проекта была разработана схема управления.

Курсовой проект оформлен в соответствии с СТБ БАТУ 1999г, был оформлен на текстовом редакторе MS Word XP, для расчетов была использована система электронных таблиц MS Excel XP. Для создания графической части проекта использовалась система автоматизированного проектирования типа AutoCAD 2000i.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 2. Определение мощности. Расчет и построение механических характеристик и нагрузочных диаграмм рабочих машин.

2.1 Определение потребляемой мощности  загрузочно-транспортной машины  ЗБ-50.

Расчёт электропривода пневматического транспортёра сводится к опеделению требуемого расхода  воздуха вентиляционной установкой и мощности электродвигателя для её привода.

производительность (м³/с) можно рассчитать по следующей формуле [1]:

(2.1)

 

где  W_п—производительность установки, т/ч;

ρ_В=1,24 плотность воздуха, кг/м³;

μ– массовая концентрация смеси;

Величина  μ представляет собой отношение массы груза к массе воздуха в единице объёма пневмопровода транспортёра. При повышении μ  производительность транспортёра возрастает, но начинается выпадение отдельных частиц , что может привести к закупорке массы в трубопроводе. Практика конструирования показала, что для сено-соломистых материалов μ=0,4….0,7, для сочных кормов и комбикорма  μ=1,2…1,4.

 

мощность электродвигателя (кВт) на привод вентилятора определяется по следующей формуле[2]:

(2.2)

 

где  P_O—напор воздушного потока, Па;

k_B=1,2—коэффициент учитывающий потери мощности на утечке воздуха;

  η_B=0.85—КПД вентилятора;

         η_П=0,9….0,95—КПД передачи от двигателя к вентилятору.

Напор P_О (Па) расходуется на перемещение кормосмеси  по пневмопроводу с определённой скоростью (динамический напор P_ДИН) и преодоление местных сопротивлений в магистрали (статический напор P_СТ), т.е.

P_O= P_ДИН+ P_СТ.

Динамический  напор

                                                              (2,3)

где  U_B—скорость воздушного потока (м/с);

UГ--скорость груза в воздушном потоке, (м/с).

Скорость воздушного потока определяет экономичность пневматического транспортёра. Для сено-соломистых материалов и сенажа  наиболее рациональна скорость воздушного потока в пределах – 18…25 м/с, для силоса, зелёной подкормки и сыпучих комбикормов – 25…30 м/с. По опытным данным,  UГ=(0,65…0,85).

 

Статический напор  (2.4)

,  

где L_П—длина горизонтального участка трубопровода, м;  d_П—внутренний диаметр трубопровода, м;

      ∑ξ—сумма коэффициентов местных сопротивлений (Таб.3.);

Н_П—высота вертикального участка пневмопривода, м.

Внутренний диаметр (м) трубопровода

 

Подставляем

 

 

тогда

P_O=7871,7+5066=12938Вт

Подставляем  в формулу (2,2)

2.2 Построение механических характеристик  и нагрузочных диаграмм рабочих  машин.

Приведенный момент сопротивления машины при номинальной частоте вращения определяется по следующей формуле:

 

(2.4)

 

Подставляя  числовые значения в формулу (2.4) получаем:

 

Для построения механической характеристики воспользуемся  общей формулой:

 

       (2.5)

 

где  M_с – момент сопротивления механизма при любой частоте вращения, Н^_.м;

M_со – начальный момент сопротивления, Н^_.м;

Х – показатель степени, характеризующий изменение момента при изменении частоты вращения;

            y – угловая скорость вращения, выраженная в относительных единицах,                        y = w/w_н;

для построения графика нужно определить М_СО, у и х

Показатель степени x для пневматических транспортеров x = 2,

Задаёмся рядом значений у определяем значение М_со.

Результаты расчёта сведём в таблицу.

 

 

 

Мс	30,9	35,9	50,8	75,6	110,3	209,5
ω	0	29,2	58,4	87,6	116,8	175,2
Y	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,2

 

Механическая характеристика Mc = f(ω) будет иметь следующий вид:

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Механическая характеристика рабочей машины.

 

Рисунок 1. Механическая характеристика рабочей машины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Предварительный  выбор электродвигателя по мощности, по номинальной частоте вращения  и исполнению.

 

Исходя и условий и требования технологического процесса, а также значения P_м выбираем асинхронный электродвигатель с частотой вращения 1500 об/мин. Тип АИР180М4 IP54 IM 1001.

Технические данные электродвигателя сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Технические данные электродвигателя серии АИР180М4.

Pн, КВт	hн, %.	cosjн, о.е.	Sн, %	m, кг	kп	kmax	kmin	kI	I, кг.м2
30	0.92	0.87	2	190	1.7	2.7	1.5	7	0.19

3.1 Определение постоянной времени  нагрева.

Постоянная времени нагрева  определяется по следующей формуле:

(3.1)

 

где m – масса двигателя, кг;

v_н – установившаяся номинальная температура перегрева (80-100К);

h_н – КПД в относительных единицах;

P_н – номинальная мощность, кВт.

Получаем:

 

 

Время работы электродвигателя определяется из соображений обеспечения необходимой  загрузки сенажных башен типа БС-9,15 вместимостью 800…900 т за 4…5 дней. Общая производительность нашей установки до 30 т/ч. Следовательно, продолжительность работы установки составит t_р= 900/(5*30)=6ч или 360мин. в сутки. Т.к. башен несколько, а заполнить их нужно за тоже время, то всего вероятнее, что двигатель будет работать значительно долго. С запасом будем считать, что установка работает 8ч или 480мин. В сутки.

Далее выбираем режим работы электродвигателя. При t_р = 480 мин и T = 39,3 мин обеспечивается условия долговременного режима работы – S1:

t_р > 4T и t_п < 4Т_охл .

Исходя из проведенных расчетов, окончательно выбираем асинхронный  электродвигатель с частотой вращения 1500 об/мин. Тип АИР180М4 IP54 IM 1001.

Технические данные электродвигателя сводим в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.2 Технические данные электродвигателя серии АИР180М4.

Pн, КВт	h, %.	cosj, о.е.	Sн, %	m, кг	kп	kmax	kmin	kI	I, кг.м2
30	0.92	0.87	2	190	1.7	2.7	1.5	7	0.19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Кинематическая  схема электропривода. Определение  основных параметров передаточного устройства.

 

  Окружную скорость рассчитаем  по формуле:

,       (4.1)

где d₁ – расчетный диаметр меньшего шкива, м;

      n₁ – частота вращения меньшего шкива, об/мин, n₁ = 1470 об/мин.

Примем d₁ = 250 мм сечения В по ГОСТ 20893-75.

Имеем:

     

 

Диаметр большего шкива найдем из соотношения:

,       (4.2)

где d₂ и n₂ – диаметр и частота вращения большего шкива, n₂ = 780 об/мин;

       i – передаточное отношение, i = 2.

     

 

Угол обхвата ремнем малого шкива:

,       (4.3)

где а – межосевое расстояние, м, а = 0.65 м из технологической схемы.

Имеем:

 

 

Расчетная длина ремня:

,     (4.4)

Имеем:

Ближайшая стандартная длина ремня 2.5 м по ГОСТ  1284.1-80 ( [3] табл. 17).

 

Мощность передачи найдем по формуле:

,       (4.5)

где N₀ – номинальная мощность передачи одним ремнем, кВт, N₀ = 7.3 кВт ([3] табл. 31);

      С_α – коэффициент угла обхвата, С_α = 0.88 ([3] табл. 36);

      С_L – коэффициент длины ремня, С_L = 0.93 ([3] табл. 37);

      C_p – коэффициент динамичности и режима работы, С_р = 1.1.

 

Получим:

Число ремней в передаче для обеспечения среднего ресурса эксплуатации по  ГОСТ 1284.2-80 определяют по формуле:

,        (4.6)

где N – передаваемая мощность на ведущем валу, кВт, N = 55кВт;

       С_z – коэффициент числа ремней в комплекте, С_z = 0.85 ([3] табл. 39).

Имеем:

Принимаем 6 ремней В-2500Т ГОСТ 1284.1-80.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет по определению потери  напряжения при пуске АД, пускового  тока.

 

Фактическое отклонение напряжения на зажимах электродвигателя в период его пуска определятся следующим образом:

  (8.1)

где DU_л% - потери напряжения в предварительно загруженной линии при пуске электродвигателя;

DU_тр% - потери напряжения в трансформаторе при пуске электродвигателя с учетом загрузки трансформатора другими электроприемниками;

dU_надб% - надбавки трансформатора;

dU_откл% - отклонение напряжения на шинах первичного напряжения трансформатора от его номинального значения при 100% загрузке питающей линии (знак минус принимают при положительном отклонении).

 

Потери напряжения в линии, DU_л%, определяются по следующей формуле:

    (8.2)

где DU_л.д.п.% - потери напряжения в линии до пуска электродвигателя, определяется по следующей формуле:

      z_л – полное сопротивление линии, питающей запускаемый АД, Ом;

      z_дв – полное сопротивление АД при пуске, т.е. при заторможенном роторе, Ом.

 

Значение DU_доп% определяется по следующей формуле:

  (8.3)

где  I_max – максимальный расчетный ток в линии при пуске АД, А;

l – длина линии, км;

r₁, x₁ – соответственно активное и реактивное сопротивление линии длиной 1 км, Ом/м;

U_н – номинальное напряжение линии, U_н = 380В;

 

Значение z_л определяется следующим образом:

      (8.4)

Значение z_дв определяется следующим образом:

      (8.5)

где  I_н –номинальный ток АД, А;

k_i – кратность пускового тока ЭД.

 

Потеря  напряжения в трансформаторе при  пуске электродвигателя определяется следующим образом:

 (8.6)

где U_к% - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

S_т – полная номинальная мощность трансформатора, кВ^_.А;

k_iф – фактическая кратность пускового тока электродвигателя с учетом снижения напряжения ;

S_дв – полная номинальная мощность электродвигателя, кВ^_.А;

cosj_п.дв. – коэффициент мощности электродвигателя в начальный момент пуска;

S_н – полная суммарная мощность прочей нагрузки, кВ^_.А;

cosj_н – коэффициент мощности прочей нагрузки, примем 0.8.

Значения  k_iф и cosj_п.дв. определяются по следующим формулам:

     (8.7)

   (8.8)

    (8.9)

где  z_л.дв. – полное сопротивление линии вместе с двигателем во время пуска;

h_дв, cosj_дв., m_п, s_дв – соответственно номинальные значения КПД, коэффициента мощности, кратности пускового момента, скольжения электродвигателя.

r_дв, x_дв – активное и реактивное сопротивление короткого замыкания электродвигателя;

r_л, x_л – активное и реактивное сопротивление линии.

В задании даются лишь параметры  трансформатора, линии, загрузка трансформатора. Остальные величины для уточненного  расчета следует вычислить При  этом cosj_п.дв. можно принять равным cosj_н.дв., коэффициент мощности прочей нагрузки – 0.8.

      (8.10)

      (8.11)

      (8.12)

Принимаем:

   

Данные к расчету:

Вариант N2. Мощность трансформатора 250кВА, загрузка трансформатора – 80%, линия А50 длиной 0.35км, мощность большего двигателя (в нашем случае соседнего двигателя) – 30кВт.

Технические данные электродвигателя сводим в таблицу 8.1.

Таблица 8.1 Технические данные электродвигателя серии АИР180М4.

Pн, КВт	h, %.	cosj, о.е.	Sн, %	m, кг	kп	kmax	kmin	kI	I, кг.м2
30	0,92	0,87	0,02	190	1,7	2,7	1,5	7	0,19

 

Подставляя числовые значения, рассчитываем:

 

- пусковой момент ЭД,

Расчет  :

r₁ = 0.64 Ом/км,  x₁ = 0.297 Ом/км, l = 0.35км,

На один фидер приходится S_р = 200/3 = 66.7кВА. Без рассчитываемого электродвигателя S_р = 66.7 – 37,5 = 29,2кВА.

Расчет  :

.

Определяем фактическое отклонение напряжения:

.

- ориентировочное снижение напряжения, %,

где  - сопротивление трансформатора, Ом,

.

Проверим, выполняются ли условия  запуска ЭД:

,

 

Условие запуска выполняется.

Для уменьшения потерь необходимо:

1. Если двигатель запускается в холостую использовать переключение со звезды на треугольник двигателя 660/380В, тем самым, уменьшая пусковой ток в 3 раза, но при это снижается и момент в 3 раза.
2. Использование асинхронного электродвигателя с фазным ротором. Пусковой ток уменьшается в 2…4раза, а пусковой момент увеличивается в 1,5…2раза.
3. Подключать к линии ответвления у ближайшего к трансформатору потребителя, не превышающего 7,5% при 25% загрузке.
4. Заменить провода питающей линии, на провода большей площади сечения.
5. Заменить трансформатор, на трансформатор большей площади.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Расчеты по  определению превышения температуры  электродвигателя за время пуска и в конце рабочего цикла.

8.1 Нагревание и охлаждение двигателя  при работе.

Когда нагрузка меняется медленно (t_ц > 10мин) методы определения мощности по среднеквадратичной величине не точны. В этом случае надо определить повышение температуры электродвигателя над окружающей средой, пользуясь уравнением нагрева электродвигателя:

    (8.1)

где  υ_уст = DP/А – установившееся превышение температуры электродвигателя;

T = C/A – постоянная времени нагрева электродвигателя;

t – время от начала участка;

υ_нач – превышение температуры в начале участка;

A – удельная теплоотдача электродвигателя:

       (8.2)

ΔР – потери мощности при неноминальной  нагрузке.     

Принимаем υ_ун = 70°С;

,

где α = 0.5.

      DP_н – потери мощности при номинальной загрузке:

      (8.3)

С – удельная теплоемкость электродвигателя массой m:

       (8.4)

Подставив числовые значения в формулы, получаем:

 

.

 В начале работы υ_нач = 0, а υ_уст =51,3˚С.

 При отключении двигателя  υ_уст = 0, а υ_нач = 51,3˚С.

Это описывается зависимостями :

,      .

При построении кривой охлаждения, следует  учесть, что для самовентилируюемого  электродвигателя  Т_охл = 2Т из-за ухудшения теплоотдачи.

Для построения графиков нагрева электродвигателя надо задаться промежуточными значениями времени. Расчеты сводим в таблицы 8.1 и 8.2.

 

Таблица 8.1 График нагрева электродвигателя.

t, с	0	1000	2000	3000	4000	5000	6000	8000	10000	13000
υ, °С	0	19.47	32	39,5	44	46,8	48,6	50,2	50,9	51,2

 

Таблица 8.2 График охлаждения электродвигателя.

t, с	0	1000	2000	3000	4000	5000	6000	8000	10000	13000
υ,°С	51,3	31,4	19.2	11,8	7,2	4,4	2,7	1	0.4	0,09

 

Рис.8.1. Графики нагрева (ряд1) и охлаждения (ряд2) электродвигателя.

8.2 Вычисление повышения температуры обмоток и электродвигателя во время пуска и в конце рабочего цикла.

Повышение температуры обмоток  асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором во время пуска можно  определить упрощенным методом, считая, что все потери идут на нагрев:

       (6.5)

где  DW – потери энергии во время пуска, Дж;

C₁ – теплоемкость обмоток.

,

где с₁ – удельная теплоемкость меди, с₁ = 385Дж/кг×К;

       т₁ – масса обмоток, примем т₁ =90кг.

Имеем:

 

 

 

 

 

 

9. Заключение  о правильности предварительного  выбора электродвигателя.

 

Заключение о правильности выбора электродвигателя делаем с учетом тепловых и механических переходных режимов, колебаний напряжений в сети.

Максимальная температура двигателя не превышает допускаемой для данного класса изоляции.

1) Проверка по условиям пуска:

Номинальный момент электродвигателя по условиям пуска: 

 

Условие выполняется – 194,3Н∙м > 17,3Н∙м.

2) Проверка на устойчивость работы электродвигателя выполняется по перегрузочной способности: