Определение предварительной номинальной мощности двигателя

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..5

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ НОМИНАЛЬНОЙ         МОЩНОСТИ  ДВИГАТЕЛЯ ………………………………….……………...7

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ  ДВИГАТЕЛЯ ……..................................................................10

3. ПОСТРОЕНИЕ СТУПЕНЧАТОЙ ДИАГРАММЫ                 РЕЗИСТОРНОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ………………….…………..…...12

4. РАСЧЁТ РОТОРНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ……………………………..14

5. ПРИВЕДЕНИЕ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ……………….15

         5. 1 Релейно-контакторное управление двигателем ……………...…..15

         5. 2 Непрерывное управление двигателем ……………………………17

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………20

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………...21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Применение электрического привода и снабжение горных предприятий энергией от электрических станций и подстанций называют электрификацией горной промышленности.

На основе электрификации происходит непрерывное совершенствование  техники, технологии и организации  общественного производства, все  более полное внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.

Основная часть вырабатываемой электроэнергии преобразуется в  механическую посредством электропривода для обеспечения работы различных  машин и механизмов.

Большое влияние на развитие электропривода оказали работы выдающегося русского учёного инженера М. О. Доливо-Добровольского. В 1888 г. им были разработаны основы системы трёхфазного тока, а в 1889 г. – изобретён асинхронный двигатель. Ему принадлежат теоретические исследования и первые конструктивные разработки многих электрических машин переменного тока. В 1891 г. М. О. Доливо-Добровольским была создана и впервые испытана установка, передававшая электроэнергию трёхфазным током напряжением 15000 В на дальнее расстояние (175 км). Его работы содействовали промышленному применению электричества во всём мире.

Широкому использованию электропривода, несомненно, способствовали значительные преимущества централизованного производства электроэнергии, простота её распределения и экономичность передачи по кабельным линиям, что особенно важно для горных предприятий, где отдельные машины находятся в отдалённых горных выработках.

К электроприводам горных машин предъявляются определённые требования, которые обуславливаются  наличием взрывоопасной среды, токопроводящей пыли, влаги, широким применением нестационарных горных машин с различными режимами работы. Однако механические и электрические свойства электроприводов независимо от области их применения подчинены общей теории электропривода.

За последние годы в горной промышленности значительно повысилась производительность труда за счёт роста технического прогресса на базе новой высокопроизводительной техники, прогрессивной технологии, улучшения условий труда и техники безопасности. Осуществление технического прогресса предъявляет новые требования к электрификации горных работ, повышению качества электрической энергии; широкому внедрению регулируемого электропривода, полупроводниковой техники, автоматизированных систем управления; повышению безопасности, надёжности и экономичности систем электроснабжения.

Учебные, научно-исследовательские  и проектно-конструкторские организации  работают над решением проблем в  области электрификации горных предприятий. Однако успешное внедрение нового рудничного электрооборудования, его безотказная, эффективная и безопасная эксплуатация зависят от качества подготовки производственного персонала, в частности, горных инженеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

 

Исходные данные:

t₁=0,51 c; t₂=18 c; t₃=0,47 c; t₄=22 c; t₅=1,1 c; t₆=16,4 c; t₇=1,48 c.

ω₁=104 c^-1; M_co=150 Hм; M_cн=1350 Hм;

Тахограмма

Предварительно номинальная мощность двигателя рассчитывается из условия.

                                                 

                                           (1)

где - эквивалентный длительно действующий момент, определяемый по формуле:

                                       

                                       (2)

где - скорость вращения двигателя в установленном режиме работы.

- коэффициент запаса по мощности, =1,05 – 1,15.

Определяем номинальную  частоту вращения двигателя по формуле:

                                                 

                                                     (3)

.

По таблице выписываем тип двигателя, имеющий мощность , ближайшей большей к использованной в формуле (1) скорости.

Выбранный двигатель АК-102-4М имеет такие  характеристики:

380	160	1465	292	92,9	0,895	2,3	322	310	4

 

Таблица 1. Технические данные двигателя  серии АК-102-4М с фазным ротором

 

Первоначально определим средние  пусковой (М_п) и тормозной (М_т) моменты, обеспечивающих разгон двигателя до скорости за время t₁ и торможение за время t₃:

                           

                                         (4)

                          

                                          (5)

где М_п – средний пусковой момент двигателя, Нм;

       М_т – средний тормозной момент, Нм;

       - суммарный момент двигателя и механизма, (кгм²)

                                    

                                                  (6)

Выбранный двигатель должен удовлетворять условию:

                                         

                                                   (7)

где М_к – критический (максимальный) момент двигателя.

Последний определяется исходя из перегрузочной способности машины:

                                              

                                                             (8)

где - перегрузочная способность;

       М_н – номинальный момент:

                                   

                                                (9)

 

 

 

Вопрос о необходимой мощности двигателя выясняется здесь путём  сравнения его номинального момента с эквивалентным, рассчитываемым по формуле:

                     

                              (10)

 

 

Так как соблюдается условие  , а именно , то задачу проверки можно считать решённой.

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЁТ ЕСТЕСТВЕННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Расчёт естественной механической характеристики выбранного двигателя производится по формуле  Клосса.

                                              

                                               (11)

где М, S – текущие значения момента и скольжения машины;

       М_к, S_к – критические значения указанных величин.

Критическое скольжение определяется как:

                                                 

                                              (12)

где S_н – номинальное скольжение двигателя:

                                               

                                         (13)

Синхронная скорость n₀ выбирается из стандартного ряда величин – 1500, 1000, 750, 600… об/мин – как ближайшая большая к номинальной скорости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Значения механической характеристики выбранного двигателя:

М, Нм	S
509,32	1,00
535,47	0,95
564,40	0,90
596,59	0,85
632,60	0,80
673,13	0,75
719,08	0,70
771,56	0,65
832,02	0,60
902,34	0,55
984,99	0,50
1 083,24	0,45
1 201,46	0,40
1 345,44	0,35
1 522,42	0,30
1 740,02	0,25
1 999,94	0,20
2 271,53	0,15
2 393,95	0,10
2 363,20	0,09
2 299,89	0,08
2 196,24	0,07
2 044,34	0,06
1 837,28	0,05
1 570,64	0,04
1 244,37	0,03
864,38	0,02
223,11	0,01

 

Таблица 2. Естественная механическая характеристика двигателя  АК-102-4М

 

 

 

 

 

По данным таблицы 2 построим график естественной механической характеристики:

Диаграмма 1. Естественная механическая характеристика двигателя  АК102-4М

 

3. ПОСТРОЕНИЕ СТУПЕНЧАТОЙ ДИАГРАММЫ

РЕЗИСТОРНОГО  ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ

Построение ступенчатой  диаграммы пуска двигателя будем вести в такой последовательности.

1. Определим начальный пусковой момент:

                                      

                                         (14)

где М₁ – начальный пусковой момент;

       S_н, М_н – номинальные значения скольжения и момента;

       М_п – средний пусковой момент;

       m – число пусковых ступеней, .

Принимается такое значение m, чтобы удовлетворяло условию

                                              

                                              (15)

 

 

Составим таблицу:

m	3	4	5	6	7	8	9	10
Левая часть (14)	2592,248	2793,916	2942,9	3056,078	3144,509	3215,32	3273,215	3321,388
Отклонение  от 2Мп	-287,689	-86,0214	62,96216	176,1409	264,5715	335,3828	393,2772	441,4503

 

Таблица 3. Сравнение начальных  пусковых моментов

 

При сравнении данных таблицы 3 принимаем число ступеней с меньшим отклонением. Такому условию отвечает число ступеней равное пяти. Начальный пусковой момент  , номинальное скольжение S_н=0,023, номинальный момент М_н=1043,46, Нм, пусковой момент М_п=1439,96, Нм.

2. Определим момент переключения

                                               

                                                 (16)

Построим ступенчатую  диаграмму пуска двигателя:

Диаграмма 2. Ступенчатая  диаграмма плавного пуска

 

4. РАСЧЁТ РОТОРНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Рассчитаем сопротивление i-й секции пускового реостата:

                                             

                                       (17)

где i – номер пусковой панели

      R_n – сопротивление роторной цепи, соответствующее характеристике 1.

                                                  

                                                 (18)

где ,  

 

5. ПРИВЕДЕНИЕ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

5. 1 Релейно-контакторное управление двигателем

Основой для реализации заданных принципов автоматизации  пуска и торможения двигателя может служить схема, приведённая на рисунке 1.

Как известно ЭДС ротора Е₂ в зависимости от скорости вращения изменяется по линейному закону:

                                         

                                           (18)

где U_2н – номинальное напряжение (ЭДС) ротора при S=1.

Примерно по такому же закону будет изменяться в зависимости  от скорости вращения и напряжение на катушке KV (Рис. 1). Уставкой втягивания KV будет U_втKV = (1,2-1,6)U_2н.

Если командоконтроллер КК (SA) установлен в нулевом положении и включены автоматы QF и рубильник S, сработает предохранительный контактор KY цепи защиты, реле 1КТ, 2КТ, … и KV. При переводе КК в положение «ВПЕРЁД» включается контактор 1КМ и двигатель начинает разгоняться. При этом напряжения на катушке KV недостаточно для его втягивания. После включения 1КМ обесточивается катушка реле 1КТ и включается контактор противовключения 3КМ. Секция R_пр не участвует в пуске двигателя и поэтому постепенно выводится из роторной цепи.

Рис. 1. Релейно-контакторная схема управления двигателем

 

Затем с выдержками времени  включаются контакторы КМ1, КМ2 и т. д. При переводе КК в положение «НАЗАД» 1 КМ отключается, после чего срабатывает контактор 2 КМ реле KV (в начальный момент при противовключении напряжение на катушке KV примерно вдвое выше, чем при пуске). Цепь катушек 3 КМ, КМ 1, КМ 2… будет оставаться разомкнутой до тех пор, пока скорость вращения двигателя не снизится до величины, близкой к пусковой. Таким образом, в режиме противовключения в цепь ротора включается наибольшее сопротивление. При скорости вращения, близкой к нулю, блокконтакт в реле KV отпадает и, если командоконтроллер не перевести в левое положение, начнётся ускорения двигателя в обратном направлении.

Так как программой работы механизма предусмотрено отключение привода по окончании торможения после перевода КК в положение «НАЗАД», вслед за этим его необходимо установить в нулевое положение. Это вызовет отключение контактора 2 КМ, так как контактор 5-6 контроллера шунтирован замыкающим контактом KV. При скорости двигателя, близкой к нулю, данный контакт разомкнётся и двигатель отключится от сети.

В схеме предусмотрены  следующие виды защит: тепловая (с  помощью автомата QF); максимальная (с помощью реле 1FA, 2FA и плавких предохранителей 1FU, 2FU); нулевая (с помощью реле FV).

 

5. 2 Непрерывное управление двигателем

Рис. 2. Схема непрерывного управления двигателем

Схема непрерывного управления двигателем представлена на рисунке 2. основной характеристикой двигателя  в системе ТП-Д без обратной связи называется такая, которая отвечает номинальной ЭДС преобразователя ( - напряжение двигателя по паспорту) и номинальному магнитному потоку машины.

Скоростная характеристика:

                                             

                                            (19)

Механическая характеристика:

                                             

                                          (20)

По условию  .

Скорость идеального холостого хода ω₀ в уравнениях (19) и (20) представлена первым членом правой части, знаменатель которого определяется по паспортным данным для номинального режима:

                                                        

                                               (21)

Сопротивление якоря  с достаточной для практики точностью  можно рассчитать по формуле:

                                                

                                             (22)

где - номинальный КПД и номинальное сопротивление двигателя.

Номинальный момент:

                                                     

                                                 (23)       

Статическая ошибка представляет собой относительный перепад  скорости, выраженный в процентах:

                                                                                        (24)

или при номинальной нагрузке (для разомкнутой системы):

                                    (25)

Величина напряжения управления находится из выражения:

                                                   (26)

где к_тп – коэффициент усиления ТП.

Расчёты механических характеристик  проводят по формуле:

                                             (27)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсового  задания мы ознакомились с теорией  электропривода и управления электроприводом путём самостоятельного решения комплексных задач проектирования приводов по заданным технологическим условиям.

Изучили разделы курса, где рассматриваются основные вопросы  расчёта мощности и характеристик  электродвигателей в различных режимах работы, вопросы дискретного и непрерывного управления ими. Разработали электропривод не только с разомкнутой, Но и с замкнутой системой управления, в частности – с тиристорными преобразователями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1. Справочные данные по электрооборудованию. Электрические машины общего применения. – М. –Л.: Энергия, 1964. – Т. 1.

2. Чилинин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода. - М.: Энергоиздат, 1981 г. - 575 с.

3. Андреев В. П., Сабинин Ю. А. Основы электропривода. - М. – Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 772 с.

4. Ключев В. И.Теория электропривода. - М. – Л.: Энергоатомиздат,

1985. – 286 с.

5. Католиков В. Е. Электрооборудование шахтных подъемных машин. - М.: Недра, 1986. - 286 с.