Расчет естественной характеристики двигателя

МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ  ВПО  ЯРОСЛАВСКАЯ  ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ  АКАДЕМИЯ

 

Кафедра физики и электротехники

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЭЛЕКТРОПРИВОД»

Вариант №6

 

 

 

 

Выполнил  студент

41 группы

Строгов Е.В.

 

 

 

Проверил  профессор кафедры физики и электротехники ФГОУ ВПО   ЯГСХА,  д.т.н.

Шмигель В. В._____

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ярославль

2010

Содержание

 

 

Задание на курсовую работу       3

Выбор двигателя         4

Расчет  естественной характеристики двигателя    6

Характеристика  двигателя при пуске      8

Графический расчет сопротивления пускового  резистора    9

Расчет  переходных процессов при пуске      10

Расчет  переходного процесса при торможении     14

Проверка  двигателя по нагреву        16

Схема управления асинхронным двигателем      17

Литература           19

 


Задание на курсовую работу.

  1. По нагрузочной характеристике подобрать  асинхронный двигатель переменного тока.
  2. Выбрать редуктор (передаточное число).
  3. Построить механическую характеристику двигателя при пуске.
  4. Построить механическую характеристику при торможении.
  5. Рассчитать переходный процесс при пуске двигателя.
  6. Рассчитать переходный процесс при торможении двигателя.
  7. Проверить выбранный двигатель по нагреву.
  8. Выбрать схему управления двигателем.

 

№ варианта

6

Момент инерции механизма

Iмех

14

Угловая скорость вращения вала механизма

Рад/ с

60





 

Вариант

Мс, Нм

600

350

230

50

150

750

1300

6

Т , с

100

180

250

40

500

340

20





Характеристика  нагрузки

 

 


Пример выбора двигателя.

 

Характеристика  нагрузки двигателя:

 

 

Средний момент нагрузки, H∙м

 

 

376,57 Н·м

 

Момент нагрузки принимаем равным

 

Мнагр =1,1·Мср = 1,1·367,57 = 414,23 Н·м

 

Мощность привода

 

Р = Мнагр · ωмех = 414,2· 60 = 24852 Вт


По справочнику  выбираем двигатель МТ-52-8 со следующими характеристиками:

Номинальная мощность РН = 30 кВт

Номинальное напряжение  U2Н = 257 В

Номинальный ток ротора I2Н = 774,3 А

Номинальное сопротивление обмотки ротора  r Р = 0,0593 Ом

Частота вращения  nН = 725 об/мин

Перегрузочнаяспособность  λ= 3,0

Момент  инерции двигателя Jдв = 1,42 кг·м2

 

Номинальная угловая скорость вращения двигателя

 

Передаточное число редуктора

 

Из стандартного ряда выбираем одноступенчатый  редуктор с передаточным

числом  i = 1,3 и коэффициентом полезного действия η =0,95.

 

Максимальный момент на валу двигателя

 Н·м

 

 

Расчет естественной характеристики двигателя


 

Синхронная скорость вращения двигателя

 

Номинальная скорость вращения двигателя

 

Номинальное скольжение

SH =

Критическое скольжение

 

Критически момент

Н·м

 

 Естественная механическая  характеристика рассчитывается  по формуле

 

Зависимость между скоростью и  скольжением

 


Данные расчетов сведены в таблицу

S

0

0,05

0,07

0,09

0,12

0,15

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

M

0

568,5

751,7

899,9

1056,6

1144,9

1185,5

1085,5

936,5

805,2

699,6

615,2

547,6

492,6

447,2

ω

78,54

74,6

73,0

71,5

69,1

66,8

62,8

55,0

47,1

39,3

31,4

23,6

15,7

7,9

0




 

На основании  расчетных данных строим естественную механическую характеристику двигателя.

 

 Естественная характеристика асинхронного двигателя.

 

Характеристика  двигателя при пуске.


 

 

Графический расчет сопротивления пускового  резистора.

Максимальный пусковой момент асинхронного двигателя 

М1 = 0,85·МК = 0,85·1185,8 = 1008 Н·м

 

Момент переключения выбирается произвольно.

Из построения получаем:

ас = 10,3

ва = 11,4

cd = 19,5

еd = 37,1

 

Сопротивление секций пускового резистора

 

Полное сопротивление цепи пускового реостата

RП = Rp1 + Rp2 + Rp3 = 0,193+0,1014+0,056 = 0,348 Ом

 

Общее сопротивление при торможении

 

Сопротивление добавочной секции реостата при торможении

rT = RT - rP - RП = 0,8146 – 0,348 - 0,0593 = 0,4073 Ом

 


Расчет переходных процессов при пуске

 

Переходные процессы при реостатном пуске определяются уравнениями

 , где

 

ωу и Му – установившиеся значения скорости и момента,

ωнач и Мнач – начальные значения скорости и момента,

t – время переходного процесса,

Tм – постоянная времени переходного процесса.

 

Установившееся  и начальное значение скорости вращения вала двигателя и жесткость механической характеристики будут различными на разных ступенях пуска.

Данные для  расчета берутся с графика  характеристики двигателя при пуске.

 

Приведенный момент инерции системы 

, кг·м2

 

Первая  ступень разгона

Жесткость механической характеристики на первом участке разгона

 

Постоянная времени разгона на первом участке разгона

 сек

Время разгона на первом участке

 сек

Закон изменения скорости и момента  на первом участке

рад/с

 Н·м

Результаты  расчета зависимости скорости и  момента во времени на первом участке  разгона приведены в таблице

t

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

ω

0

6,31

11,96

17,01

21,53

25,57

29,19

32,43

35,33

37,93

М

1008

943,54

885,85

834,23

788,04

746,71

709,72

676,63

647,01

620,51




 

 

 

 

Вторая  ступень разгона 

Жесткость механической характеристики на вторм участке разгона

Постоянная времени разгона на втором участке разгона

 сек

Время разгона на втором участке

 сек

Закон изменения скорости и момента  на втором участке

рад/с

 Н·м


Результаты  расчета зависимости скорости и  момента во времени на втором участке  разгона приведены в таблице

t

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,36

ω

37,93

49,66

54,75

55,76

56,7

57,23

M

1000

788,58

718,02

668,66

630,69

620,51


 

 

Третья  ступень разгона 

Жесткость механической характеристики на третьем участке разгона

Постоянная времени разгона на третьем участке разгона

 сек

Время разгона на третьем участке

 сек

Закон изменения скорости и момента  на третьем участке

рад/с

 Н·м

Результаты расчета зависимости  скорости и момента во времени  на третьем участке разгона приведены  в таблице

t

1,36

1,40

1,45

1,50

1,55

1,6

1,65

1,71

ω

57,23

61,5

63,72

65,93

66,13

66,33

66,52

66,75

M

1002

890,71

795,36

739,98

692,63

635,49

628,56

620,51




 

 

 

 

Четвертая ступень разгона 

Жесткость механической характеристики на четвертом участке разгона

Постоянная времени разгона на четвертом участке разгона

 сек

Переходной процесс, описываемый  экспоненциальной зависимостью, считается  законченным по истечению времени, в 3-4 раза превышающем характеристическое

ТР4 = 4·Т4 = 4· 0,19 = 0,76 сек


Закон изменения скорости и момента  на четвертом участке

рад/с

 Н·м

Результаты  расчета зависимости скорости и  момента во времени на четвертом  участке разгона приведены в  таблице

t

1,71

1,8

1,9

2,0

2,1

2,2

2,3

2,4

2,47

2,5

ω

66,75

70,92

72,10

72,27

72,44

72,6

72,76

72,96

73,01

73,05

M

1001,76

825,36

700,45

615,31

523,95

490,10

445,31

405,98

399,37

395,35


 

Общее время разгона

 сек

По полученным уравнениям строим графики переходных процессов при пуске двигателя

 


Расчет переходного  процесса при торможении

Переходной  процесс при торможении двигателя  противовключением описывается уравнениями:

Жесткость характеристики при торможении

Постоянная времени торможения

 сек

Время торможения двигателя

 сек

Закон изменения скорости и момента  при торможении

= - 148,5+218,5·e –t/1,49

= 395 - 1403·e –t/1,49

Результаты  расчета зависимости скорости и  момента при томожении приведены в таблице

t

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

ω

70

58,58

47,55

35,15

25,56

14,71

2,38

-11,91

М

-1008

-918,93

-813,77

-752,14

-677,69

-608,05

-530,43

-475,25


 

На  основании полученных результатов  строим графики зависимостей угловой  скорости вращения вала и вращающего момента двигателя при торможении


Переходный  процесс w=f(t) при торможении двигателя

Переходный  процесс М=(t) при торможении двигателя

 


Проверка  двигателя по нагреву

Общее время работы

 сек

Моменты сопротивлений, приведенные  к валу двигателя

Н м

Н м

Н м

Н м

Н м

Н м

Н м

Эквивалентный момент двигателя

356,8 Н м

Проверка  двигателя по нагреву выполняется  сравнением эквивалентного момента  двигателя и его номинального значения:

Условие выполняется, следовательно, электродвигатель с данным механизмом, при заданной нагрузке, в продолжительном режиме будет работать не перегреваясь. Его  установившаяся температура не будет  превышать допустимого значения температуры, определяемой классом нагревостойкости изоляции.

Второе  условие проверки двигателя - не превышение допустимой перегрузочной способности.

ММАХ / МН  ≤ λ,

где ММАХ - максимальное значение момента двигателя, взятое с нагрузочной диаграммы привода;

  λ- паспортное значение перегрузочной способности.

Оба условия проверки двигателя  удовлетворяют требованиям, следовательно, двигатель выбран верно. Схема управления асинхронным двигателем

 


Схема управления двигателем предусматривает автоматизацию  пуска и торможения .

Пуск двигателя в одном и  противоположном направлениях осуществляется в функции времени. Торможение двигателя  при реверсировании осуществляется противовключением в функции ЭДС.

Подготовка двигателя к пуску  заключается в подаче напряжения переменного тока в силовую цепь включением выключателя В и включением автомата ВА в цепи управления, подключающего аппараты управления к источнику постоянного тока. При этом в исходном (нулевом) положении командоконтроллера КК получают питание реле напряжения РН и реле ускорения РУ1 и РУ2 — дополнительно отключаются цепи контакторов ускорения /СУ/ и КУ2.

Для пуска двигателя в одном  направлении необходимо повернуть  рукоятку командоконтроллера в одно из положений, например «Вперед». В этом случае будут включены контакторы КЛ, KB и реле РБ.


В неподвижном состоянии ротора двигателя напряжение на реле РП недостаточно для его срабатывания, поэтому  его размыкающий контакт замкнут и контактор КП включится. Пуск двигателя из неподвижного состояния ротора произойдет при шунтированной ступени противовключения, когда к обмотке ротора подключены только пусковые (две) ступени резистора. Двигатель разгоняется в соответствии с реостатной характеристикой, обусловленной полным пусковым сопротивлениемрезистора в течение времени, определяемом выдержкой времени реле РУ1, которое в момент подачи напряжения на статор отключилось размыкающим контактом КЛ.

Когда контакт реле РУ1 замкнется, включится контактор /(У/ — шунтируется первая пусковая ступень резистора, затем с выдержкой времени включится КУ2, двигатель будет работать на естественной характеристике.

Реверсирование двигателя производится путем перевода командоконтроллера из положения «Вперед» в положение «Назад». Во время прохождения командоконтроллера через нулевое положение система управления возвращается в исходное состояние.

Переход на положение «Назад» сопровождается включением контакторов КЛ и КН, которые изменяют чередование фаз на статоре двигателя. При этом возникает режим противовключения, так как ротор двигателя продолжает еще вращаться по инерции в прежнем направлении.

После включения контактора КН и  реле РБ контактор КП не включается, так как в начале торможения напряжение на кольцах достаточно велико —  РП срабатывает, и его контакт  размыкается. Поэтому при торможении в цепи ротора будут включены и  пусковой резистор, и ступень противовключения.

При переводе рукоятки командоконтроллера в положение «Назад» реле противовключения РП только тогда замкнет свой размыкающий контакт и обеспечит включение контактора КП, а затем и контакторов ускорения, когда напряжение в роторе спадет до значения, соответствующего напряжению в начале пуска; это произойдет при угловой скорости двигателя, близкой к 0. Затем последовательно включаются аппараты управления, порядок работы которых был изложен выше.

Реле блокировки РБ создает некоторую  выдержку времени до включения контактора КП, необходимую для того, чтобы  реле РП в начале торможения успело открыть свой размыкающий контакт. При отсутствии такой выдержки времени  контактор КП может включиться раньше срабатывания реле РП, что приведет к возникновению тока аварийного значения и отключению двигателя  защитой.

В данной схеме предусмотрена максимальная защита двигателя (реле РМ1 — РМЗ), а также защита от чрезмерного снижения напряжения, осуществляемая реле РН (при этом предполагается, что цепи управления получают питание через выпрямитель, подсоединенный к силовой цепи двигателя после выключателя В). Цепи управления защищены автоматом с максимальной защитой.

 


Литература

 

  1. Ситников Н.Б.   Методические разработки к решению типовых задач по курсу «Электропривод». 1976 г.
  2. Чиликин М.Г. Сандлер А.С. Общий курс электропривода. 1981 г.
  3. Вешеневский  С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. 1977 г.
  4. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию 1991 г.
  5. Онищенко Г.Б. Электрический привод. 2003 г.

Расчет естественной характеристики двигателя