Расчет мощности электрического двигателя

                                           Содержание 

Введение………………………………………………………………………......

1.Общая часть «Расчет мощности электрического двигателя»……………...….

1.1. Предварительный  расчет мощности и выбор двигателя……………...…..

1.2. Расчет и  построение нагрузочной диаграммы электропривода……….....

1.3. Проверка  выбранного двигателя по нагреву  и перегрузочной способности…………………………………………………………………..…..

1.4.Расчет и построение естественной механической характеристики двигателя………………………………………………………………….……...

1.5.Построение диаграммы ступенчатого пуска и торможения двигателя….

1.6.Расчет роторных сопротивлений и их выбор………………………...........

1.7.Расчет переходных процессов при пуске и торможении двигателя……..

1.8. Расчёт переходных процессов при пуске двигателя……………………...

1.9. Расчёт переходных процессов при торможении электродвигателя……

2. Специальная  часть………………………………………………………….…

2.1.  Разработка  релейно-контакторной схемы управления  двигателем……..

2.2. Расчёт уставок  реле ускорения и торможения………………………...….

2.3. Описание работы релейно-контакторной схемы управления…….……... 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     В настоящее время Кировские электрические  сети обеспечивают электроснабжение промышленных, сельскохозяйственных, коммунальнобытовых потребителей г. Донецка, Красноармейского, Добропольского и Александровского районов Донецкой области.

     Ведутся:

     - подготовительные работы по строительству  новой  подстанции 110/35/10 кВ «Победа»  с двумя трансформаторами мощностью  по 40 МВА;

     -строительство  подстанции 35/6 кВ «Северная» с  двумя трансформаторами мощностью по 4 МВА с кабельными заходами длиной 0,4 км.

     Наряду  с развитием электрических сетей, модернизацией оборудования в настоящее  время актуальными являются совершенствование  производственной базы и повышение  эффективности энергосбытовой работы. На предприятии построена производственная база с крытой стоянкой на 60 автомобилей, введены в работу здания электросетевого участка и энергосбыта в г. Димитрово, энергосбыта в городах Донецке, Красноармейске , Доброполье, Свиридовского электросетевого участка. В настоящее время ведется строительство здания для ремонтно-производственной базы для службы линий и службы связи. В районах электрических сетей и отделе сбыта  выполнены локальные компьютерные сети, внедрены и постоянно совершенствуются компьютерные программы расчетов за потребленную электроэнергию с бытовыми и промышленными потребителями. Большое внимание уделяется совершенствованию работы с бытовыми потребителями – в ряде районов электрических сетей внедрен сетевой маркетинг и другие формы работы, повышающие ответственность и заинтересованность энергосбытового персонала в конечных результатах работы.

     Вентиляторы предназначены для вентиляции производственных помещений, отсасывания газов, подачи воздуха или газа в камеры электропечей, в котельных и дургих установках. Вентиляторы создают перепад давления .

     По  конструкции вентиляторы делятся  на центробежные и осевые. Они выпускаются  в нескольких исполнениях в зависимости  от направления выхода воздуха, (вверх, вниз, горизонтально и т.д.) и направления вращения.

     Наибольшее  распространение на промышленных предприятиях получили центробежные вентиляторы. Они  имеют такую же, как и центробежные компрессоры, зависимость статической  мощности на валу от скорости,  называемую вентиляторной характерстикой. Момент  на валу вентилятора изменяется пропорционально квадрату скорости, а производительность вентилятора пропорциональна угловой скорости в первой степени. Для привода вентиляторов низкого и среднего давления и малой производительности обычно применяют асинхронные двигатели. Для вентиляторов большей производительности и высокого давления устанавливают асинхронные двигатели и синхронные двигатели. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Общая часть 

                    Расчет мощности электрического двигателя 

    Поскольку на тепловой режим двигателя существенным образом могут влиять переходные режимы пуска  и торможения , то выбор двигателя должен производиться с учетом этих режимов. Однако для построения нагрузочной диаграммы двигателя, включающей участки пуска и торможения, возможно лишь в том случае, необходимо знать момент инерции ротора выбираемого двигателя. Поэтому задача выбора мощности двигателя решается в три этапа:

    - ориентировочный расчет мощности (на основании нагрузочной диаграммы) и предварительный выбор двигателя по справочным данным;

    - приближенная проверка мощности  двигателя с учетом переходных  режимов;

    - уточненная проверка мощности  с учетом переходных режимов 
 

    1.1 Предварительный расчет мощности и выбор двигателя 

    Для выбора предварительной номинальной  мощности двигателя рассчитываем эквивалентный длительно действующий момент:  

                                 (1.1)

где скорость вращения двигателя в установившемся режиме работы

 Рассчитываем  скорость двигателя:

                                                                                                   (1.2)

    Предварительно  номинальная мощность двигателя выбирается по условию:

                                (1.3)

где коэффициент запаса по мощности, (1,05 -1,15) и принимаем равным  

    Из  справочника выписываем двигатель имеющий

    Рассчитываем  скорость вращения двигателя по формуле:

                                                           (1.4)

    Зная  номинальную мощность и скорость вращения, выбираем двигатель из справочника. Данные двигателя заносим в таблицу 1.1

Таблица 1.1 - Данные выбранного двигателя

  1.2 Расчёт и построения нагрузочной диаграммы электропривода 

    Нагрузочная диаграмма электропривода представляет собой график изменения приведенного к вал двигателя статического момента нагрузки во времени М(t). Эту диаграмму рассчитываем на основе технологических данных, характеризующих работу машины и механизмов, и параметров механической передачи.

    Рассчитываем  номинальную частоту вращения двигателя  по формуле: 

                                                 (1.5)

    Рассчитываем  момент инерции двигателя по формуле:

                                                                                                        (1.6)

    Где -маховый момент из данных двигателя, g=9.8 – ускорение свободного падения.

    Рассчитываем  суммарный момент инерции двигателя:

                                (1.7)

    Далее рассчитываем средний тормозной момент:  

                                                                                           (1.8)

Рассчитываем  средний пусковой момент:

                                                                                  (1.9)

    Рассчитав все параметры, строим нагрузочную  диаграмму, представленную на чертеже фомата A1.

1.3 Проверка выбранного двигателя по перегреву и перегрузочной способности 

    Рассчитываем  необходимую мощность двигателя  путём  сравнения его номинального момента с эквивалентным:

    Рассчитываем  эквивалентный момент: 

              (1.10) 
 

    Определяем номинальный момент двигателя:  

                                                                                         (1.11)

      условие соблюдается, значит двигатель прошёл проверку по нагреву.

    При проверке выбранного двигателя по перегрузочной  способности должно выполнятся условие:

    где -максимальный момент нагрузочной диаграммы двигателя

    Рассчитываем критический момент:  

                                                                                       (1.12) 

Рассчитываем  максимальный момент нагрузочной диаграммы  
 

                             (1.13) 

     условие соблюдается, значит двигатель проходит проверку по перегрузочной способности. 

    1.4 Расчёт и построение естественной механической характеристики двигателя 

    Расчет естественной механической характеристики выбранного двигателя проводим по упрощенной формуле Клосса: 

                                                                                (1.14)

где:

       - текущее значение момента;

       - критическое значение момента;

         - скольжение;

         - критическое значение  скольжения 

      Рассчитываем номинальное значение скольжения двигателя:  

                                                                                                  (1.15) 

где      - синхронная скорость двигателя.

Рассчитываем синхронную скорость статора: 

                                                     (1.16) 

                         (1.17) 

где, -синхронная частота вращения, ; =50 - частота сети, Гц;    =1,2,3… - количество пар полюсов. Принимаем =2 из условия, что получившаяся синхронная скорость будет ближайшей большей к номинальной скорости двигателя. 

    Рассчитываем  критическое значение скольжения двигателя: 

                                                                            (1.18) 

    Построение  естественной характеристики ведем  в пределах s=0…1 или в системе М( ). 

                   (1.19) 

    Данные скольжения, скорости и момента, полученные при подставлении различных значений скольжения в формулу Клосса заносим в таблицу 1.2

Таблица1.2 - Данные для построения характеристики пуска и торможения. 

    По  данным таблицы 1.2 строим естественную механическую характеристику – рис. 1.1 
 

1.5 Построение диаграммы ступенчатого пуска и торможения двигателя 

     Построение  ступенчатой диаграммы пуска  двигателя, представленной на рис.1.1, ведем в следующей последовательности:

     Определяем  начальный пусковой момент: 

                             (1.20) 

    где -начальный пусковой момент; и - номинальные значения момента и скольжения; - средний пусковой момент; - число секций роторного резистора. 

    Принимаем такое значение , чтобы удовлетворялось условие: 

                                  (1.21) 

    Затем определяем момент переключения: 

                                                  (1.22) 

    Найденные значения моментов откладываем на оси абсцисс рис.1.1. Далее проводим прямые линии 1,2,3 и т.д. до естественной характеристики. При этом получаем что =4.

    Далеe производим построение характеристики торможения противовключением (на рис.2.1 – характеристика 5).

    На  оси абсцисс откладываем тормозной момент рассчитанный по формуле (8), а на оси ординат - . Точка В будет находится на пересечении линий, проведенных через полученные отметки. Искомая характеристика представляет собой прямую, проходящую через точку В пересекающую ось ординат при скорости . Точка А отвечает началу торможения, а точка С – его окончанию.

    При этом, средний тормозной момент будет  равен: 

                                                (1.23)

    где и - моменты соответствующие началу и окончанию режима торможения. 

1.6 Расчет роторных сопротивлений и их выбор 

    Расчет  роторных сопротивлений будем производить графическим методом . Для этого: 

    Рассчитываем  сопротивление обмоток ротора: 

                                                                                            (1.24)

    Рассчитываем  масштабный коэффициент: 

                                                                                                    (1.25)

    где -отрезок на диаграмме пуска  

    Рассчитываем сопротивления ступеней: 

                                                                                            (1.26) 

Рассчитываем  суммарное сопротивление пусковых ступеней ротора: 

                                                                        (1.27)

    Рассчитываем  максимальное сопротивление при пуске: 

                                                                                          (1.28) 

    Определяем масштабный коэффициент для ступени противовключения: 

                                                                                              (1.29) 

где -отрезок на диаграмме торможения 

    Находим сопротивление секции противовключения: 

                                                                                 (1.30) 

    Далее определяем пусковые токи: 

                                                                                                    (1.31) 

    где С-коэффициент связывающий значение тока с моментом. 

                                                                                                     (1.32) 

                                                                                                   (1.33)

    Рассчитаем  эквивалентное значение пускового тока: 

                                             (1.34) 

Аналогично  рассчитываем тормозные токи:

                                                                                                 (1.35)

                                                                                                (1.36)

                                          (1.37) 

         После расчёта всех параметров выбираем роторные сопротивления по справочнику. Для сопротивлений всех секций мы берем 7 ящиков сопротивлений и соединяем их по схеме представленной на рис. 1.2 
 

Таблица 1.3 – Технические данные выбранных пусковых резисторов

Рисунок 1.2. – Соединение ящиков сопротивления для одной фазы роторной цепи

1.7 Построение переходных процессов пуска и торможения двигателя

1.8 Расчет переходных процессов при пуске двигателя 

    Переходные  процессы рассчитываются по общей формуле: 

    где , , -соответственно текущее ,начальное и конечное значение обобщенного параметра (скорости момента и тока двигателя); t –время, с; - электромеханическая постоянная времени, с.

    Для расчет электромеханической постоянно  времени  , рассчитываем значение скольжений двигателя на характеристик 1-5, в точках лежащих на линии номинального момента, из отношений (рис.1.3): 

                                                                            (1.39)

    где kr, ks – отрезки на линии , мм

          где   - скорость двигателя в точке 1. 

    Рассчитываем  электромагнитные постоянные двигателя для этих характеристик:

                                                                              (1.40) 

    Далее рассчитываем  времена разгона двигателя на всех ступенях:

                                                                  (1.41)