Розрахунок і побудова механічної характеристики електроприводу

Зміст

Вступ

. Розрахунок і побудова механічної характеристики робочої машини. Визначення режиму роботи електродвигуна

2.    Визначення потужності і вибір типу електродвигуна

3.      Розрахунок і побудова механічної характеристики електродвигуна за його паспортними даними

.        Розрахунок і побудова механічної характеристики електроприводу

.        Визначення тривалості пуску електродвигуна

.        Визначення часу нагрівання електродвигуна

.        Вибір апаратури керування і захисту, комплектних пристроїв

. Заходи з охорони праці

. Заходи з основ охорони природи та екології

Висновки та пропозиції

Список використаних джерел

Вступ

Енергетичну основу сільськогосподарського виробництва складає електричний привід, технічний рівень якого визначає ефективність функціонування технологічного обладнання.

Розвиток електричного приводу йде по шляху підвищення економічності та надійності за рахунок подальшого удосконалення електродвигунів, апаратів, перетворювачів, редукторів.

При проектуванні електроприводів сільськогосподарських машин, агрегатів та потокових ліній враховують такі особливості їх роботи: різноманітність привідних характеристик робочих машин, підвищену вологість і запиленість навколишнього середовища та наявність хімічно активних речовин, живлення електроприводів, у ряді випадків, від малопотужних резервних мереж, розосередженість приводів відносно джерела струму на значних відстанях та сезонність роботи деяких приводів.

Різноманітність привідних характеристик робочих машин враховують при виборі електричних модифікацій електродвигунів та аналіз перехідних процесів системи електродвигун-робоча машина та ін.

Існуюча номенклатура асинхронних електродвигунів дає можливість вибрати потрібний електродвигун по захищеності від впливу навколишнього середовища.

Для електродвигунів змінного струму необхідно передбачити захист від коротких замикань, струмів перевантаження, роботи на двох фазах та захист мінімальної напруги.

Вентилятор має такі особливості:

1. Розрахунок і побудова механічної характеристики робочої машини. Визначення режиму роботи електродвигуна

Визначаємо номінальний момент статичного опору робочої машини Мс.н. по формулі:

Мс.н. = Р ср. м /ωм (1.1)

де Р ср. м - середня споживана потужність машини чи механізму, Вт;

Р ср. м = (Рм1 · t1 + Pм2 · t2 + Pм3 · t3) / (t1 + t2 + t3) (1.2)

ωм - номінальна кутова швидкість приводного вала машини,с-1

Мс.н.= / = Н·м

Визначаємо момент опору тертя Мо в рухомих частинах машини, який не залежить від швидкості ω, по формулі:

Мо = к · Мс.н. (1.3)

де к - коефіцієнт, що характеризує відношення Мо/Мс.н.

Приймаємо к = [Л -7, с.13 ]

Мо = · = Н·м

Механічна характеристика робочих машин описується за такою емпіричною формулою:

Мс = Мо + (Мс.н. - Мо) · (ω/ ωм)х (1.4)

де Мс - поточні значення моментів статичних опорів, при кутовій швидкості ω;

х - показник степеня, що характеризує зміну статичного моменту, при зміні кутової швидкості х = (у відповідності до завдання).

Аналогічно розраховуємо інші значення моментів статичних опорів робочої машини, результати заносимо в таблицю №1.

Таблиця №1 Результати розрахунків

У відповідності до завдання будуємо навантажувальну діаграму робочої машини рис.1, прийнявши масштаби mР = кВт/cм;

= хв/см.

Р, кВт

0 t, хв

Рис. 1 Навантажувальна діаграма робочої машини

За максимальну потужність робочої машини приймаємо найбільше значення за навантажувальною діаграмою Р = кВт.

Для електродвигунів такої потужності Т= хв. [Л -7, с.14 ] .

З графіка навантажувальної діаграми (рис.1) видно, що час роботи, хв:

р = t1+t2+t3 (1.5)

При цьому tр > 4Т; 125 > . За час роботи 125 хвилин електродвигун нагрівається до встановленої температури. Такий режим роботи називається тривалим і згідно з ГОСТ 183-73 позначається S1.

. Визначаємо потужність і проводимо вибір типу електродвигуна

Електродвигун вибирають враховуючи технологію виробництва, кінематичну схему передаточного механізму, характеристику навколишнього середовища, напругу мережі, спосіб монтажу, та за умовами:

а) Рдв ≥ Рмзв (2.1)

б) ωдв ≈ ωм (2.2)

Якщо машина має передаточний механізм (відповідно до рис.2) то спочатку визначають приведену потужність машини до валу електродвигуна за формулою:

 (2.3)

де Рем - еквівалентна потужність машини, кВт за робочий період, визначається за формулою:

 (2.4)

Вибір електродвигуна за частотою обертання зводиться до економічно ефективного прийнятого рішення:

ωдв = ί · ωм (2.5)

Враховуючи всі вище перераховані вимоги, користуючись довідниковою літературою [3], [10], [11], остаточно вибираємо електродвигун який має наступні паспортні дані:

·        тип електродвигуна

·        номінальна потужність - Рн, кВт

·        номінальний струм - Iн, А

·        номінальна частота обертання - nн, хв-1

·        коефіцієнт корисної дії - η ,%

·        коефіцієнт потужності - соs φ

·        кратність пускового моменту - Кпуск ( Мпуск/Мном ) -

·        кратність пускового струму - Кі

·        кратність максимального моменту - Кмакс (Ммакс/Мном) -

·        момент інерції ротора - Ј, кг·м2 · 10-3

·        маса -m, кг

Підставляємо числа в нерівність а) і співвідношення б) формул 2.1 і 2.2

Умови виконуються.

3. Розрахунок і побудова механічної характеристики електродвигуна за його паспортними даними

Визначаємо номінальний момент Мн (Н·м), за формулою:

Мн = Рн∙103/ωн (3.1)

де Рн - номінальна потужність вибраного електродвигуна, кВт;(див. пункт 2.4 )

ωн - номінальна кутова швидкість обертання ротора електродвигуна, с-1;н - номінальна частота обертання ротора електродвигуна, хв-1.

ωн = 0,105 · nн, с-1. (3.2)

ωн = 0,105· = с-1

Визначаємо номінальне ковзання за формулами:

н = (nо - nн)/nо або S = (ωo - ωн)/ωо (3.3)

де nо - синхронна частота обертання, хв-1;

ωо - синхронна кутова швидкість, с-1.

Визначаємо критичний (максимальний) момент, Н·м:

Ммакс = Кмакс · Мн (3.4)

де Кмакс - довідникове значення Кмакс= ( див. пункт 2.4 )

Критичне ковзання визначається за формулою:

 (3.5)

Визначаємо пусковий момент електродвигуна, за такою формулою:

Мпуск = Кпуск · Мн (3.6)

де Кпуск - довідникове значення Кпуск= ( див. пункт 2.4 )

За результатами розрахунків (пункти 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) отримуємо характеристичні точки графіка механічної характеристики електродвигуна з координатами: А ( Мпуск; 1) А ( , ; 1)

В ( Ммакс; Sкр) В ( , ; )

С ( Мн; Sн) С ( , ; )( 0; 0 ) D ( 0; 0 )

Координати точок В і С не ввійшли до таблиці 2.

Поточні значення моменту Мд електродвигуна, для побудови механічної характеристики, визначають за спрощеною формулою Клосса:

де S - поточні значення ковзання, їх значення приймаємо з інтервалом ∆S=0,1, в діапазоні від 0,9 до 0,1.

Визначаємо для поточного значення ковзання S = 0,9

Аналогічно розраховуємо інші значення, результати заносимо в таблицю №2, рядок 1.

Таблиця 2 Результати розрахунків

За результатами розрахунків будуємо графік механічної характеристики електродвигуна Мд = f(S), який зображено на графічній частині.

З метою реального уявлення значень ковзання S визначаємо відповідні значення кутової швидкості - ω, та частоти обертання n, за формулами:

ω = ωо · (1-S), або n = no · (1-S)

Для прикладу розглянемо визначення кутової швидкості ω та частоти обертання n для значення S=0,9: ω = · ( 1 - ) = с-1

Аналогічно проводимо решту розрахунків, за результатами розрахунків заповнюємо рядки 3 та 4 таблиці 2.

. Розрахунок і побудова механічної характеристики електропривода

Зводимо поточні моменту статичного опору робочої машини до валу електродвигуна за формулою (для кожного значення ділянки):

 (4.1) Мс.зв Н·м

Результати розрахунків записуємо до таблиці 3 рядок 3 (значення Мс наведено в таблиці 1). Графік механічної характеристики Мсзв = f(ω) робочої машини зображено на графічні частині.

Визначаємо динамічний момент на кожній ділянці за формулою:

 (4.2)

Від значень рядка 2 таблиці 3 віднімаємо відповідні значення рядка 3 цієї ж таблиці.

Аналогічно визначаємо інші значення, результати розрахунків заносимо в результуючу таблицю № 3 рядок 4.

Таблиця №3 Результати розрахунків

За результатами розрахунків будуємо графік механічної характеристики електроприводу Мдин. = f(ω), який зображено на графічні частині.

. Визначення тривалості пуску електродвигуна

Час пуску електродвигуна можна отримати з виразу:

п = јпр·∆ω / Мдин.сер. (с) (5.1)

де јп - момент інерції приводу, визначається по формулі: јпр = јм + јдв (5.2)

∆ω - зміна кутової швидкості на кожній ділянці, визначається по формулі

∆ω = ωкін - ωпоч, с-1 ; (5.3)

јм - момент інерції робочої машини (дано в завданні), кг·м2;

јдв - момент інерції електродвигуна (див. пункт 2.4), кг·м2.

Для першої ділянки ωпоч = 0, ωкін = 30 , с-1 (наступне значення, після 0, рядка 3 таблиці 2), кінцеве значення першої ділянки одночасно є початковим для другої і т.д.

Мдин.сер. = (Мдин.сер 1 + Мдин.сер 2) / 2 (5.4)

Як приклад наводимо розрахунок для першої ділянки:

Мдин.сер.1 = ( + ) / 2 = Н · м

Аналогічно визначаємо інші значення, результати розрахунків заносимо в таблицю 4, рядок 3.

Таблиця № 4 Результати розрахунків

Розрахунки проводимо для кожної ділянки, результати заносимо до результуючої таблиці № 4

Час пуску електропривода визначаємо, як алгебраїчну суму на окремих ділянках

∑tпр = tпр1 + tпр2 + ........ tпр9 (с) (5.5)

За даними таблиці будуємо графік часу пуску tп=f(ω) електропривода, який зображено на графічні частині.

. Визначення часу нагрівання електродвигуна

Рівняння нагрівання електродвигуна має такий вигляд:

 (6.1)

τ - поточне значення температури електродвигуна яке залежить від поточного значення часу, t, ˚С;

τуст - усталене значення перевищення температури електродвигуна над температурою навколишнього середовища, ˚С;

τуст = τдв - τн.с. (6.2)

де τн.с = (40÷35) оС

τдв - залежить від класу ізоляції закладеного в електродвигун, для електродвигунів серії (4А та АИР) з висотою осі обертання 50-132мм закладена ізоляція класу „В” для якої τуст = 90оС

τпоч - початкове перевищення температури електродвигуна над температурою навколишнього середовища, приймаємо τпоч = 0оС

Т - постійна часу нагрівання, приймаємо [ Л -7, с.14 ] необхідне значення Т = 25 хв.

Суть розрахунку полягає в підстановці в рівняння значень t починаючи з 0 до часу який дорівнює 4Т;

Аналогічно розраховуємо інші значення. Отримані значення заносимо в таблицю № 5.

Для побудови криволінійного графіка, яким являється графік нагрівання електродвигуна, достатньо десяти точок. Крок часу ∆t приймаємо рівним 1:10 від значення 4Т, що становить ∆t= в.

Таблиця №5 Динаміка нагрівання електродвигуна

За результатами розрахунків будуємо графік τ = f(t), який зображено на графічній частині.

. Вибір апаратів керування і захисту, комплектних пристроїв

Електродвигун встановлений в приміщенні.

Для вибраного електродвигуна, технічні характеристики якого приведено в пункті 2.4, складаємо однолінійну схему, у відповідності до якої проводимо вибір апаратури керування і захисту.

Визначаємо пусковий струм електродвигуна

Іп = Ін·Кі (7.1)

Вибір автоматичного вимикача QF здійснюється за такими показниками і умовами:а) за номінальною напругою із умови

електродвигун апарат нагрівання механічний

Uа.ном ≥ Uмер (7.2)

КМ де Uа.ном - номінальна напруга автоматичного вимикача;мер - напруга мережі; Uмер = 380 В

КК Приймаємо до монтажу [3], [10], [11], вимикач серії ВА51Га.ном = 660В.

660 > 380 Умова виконується.

б) за номінальним струмом автоматичного вимикача Іа.ном ≥ Ір (7.3)

де Іа.ном - номінальним струмом автоматичного вимикача, А;

Ір - розрахунковий струм кола, А;

Ір = Кзм · Iн, (7.4)

де Кзм - коефіцієнт завантаження машини, користуючись довідниковою літературою [4] приймаємо Кз = …р = А

Користуючись довідниковою літературою [3], [10], [11], приймаємо ________ Іа.ном = ___ А.

> Умова виконується.

в) Iт.р.  Iр по струму теплового розчіплювача (7.5)

приймаємо Іт.р. = А

> Умова виконується.

Перевіряємо автоматичний вимикач на можливість спрацювання при запуску електродвигуна за умовою:

Іу.е. ≥ Іп (7.6)

де Іу.е - струм спрацювання електромагнітного розчіплювала, А;

Іу.е. = Квід. ·І т.р. (7.7)

де Квід - кратність відсічки, довідникове значення, приймаємо Квід =

Умова виконується.

Отже, вибраний автоматичний вимикач не спрацює при запуску електродвигуна.

Вибираємо електромагнітний пускач за умовами:

.Uп.ном ≥ Uмер - по номінальній напрузі;

. Іном.п ≥ Ір. - по розрахунковому струму;

. Іном.п ≥ Іп/6 - по комутаційній здатності.

Умовам вибору відповідає електромагнітний пускач серії ПМЛ[3], [10], [11], який має наступні технічні характеристики: Uп.ном = 660 В, Іном.п = А, Uкот. = 220 В.

.        660 > 380; Умова виконується.

.        > ; Умова виконується.

3.      > ; Умова виконується.

Остаточно вибираємо електромагнітний пускач ПМЛ __________

Вибираємо електротеплове реле за умовами:

.Uном.р. ≥ Uмер - по номінальній напрузі;

.Іном.р ≥ Ір. - по розрахунковому струму;

. Іт.р ≥ Iр - по струму теплового розчіплювала.

За умовами вибираємо теплове реле типу РТЛ[3], [10], [11], яке має наступні технічні характеристики: Uр.ном.=660В;Іном.р.= А;Іт.роз.=від до А; приймаю струм теплового розчіплювача в діапазоні 13-19 А. Остаточно приймаємо теплове реле типу РТЛ-_______

Регулятор встановлюємо в положення ____ А

> 380 Умова виконується.

> Умова виконується.

> Умова виконується.

. Заходи з охорони праці

До робіт, пов’язаних із експлуатацією, ремонтом, налагодженням та регулюванням роботи засобів автоматизації допускаються електромонтери та інші працівники електротехнічної служби господарства, які пройшли у встановлені строки перевірку знань та навичок з електробезпеки і мають допуски до відповідних робіт.

Забороняється виконувати експлуатацію і ремонт засобів автоматизації особам, які не пройшли медичний огляд у встановлені строки та не мають навичок звільнення потерпілого від дії електричного струму та надання першої невідкладної медичної допомоги.

9.Заходи з основ охорони природи та екології

Так як у процесі виробництва сільськогосподарської продукції дуже широко використовуються водні ресурси нашої природи, то проблема охорони водних басейнів України від забруднення сьогодні надзвичайно актуальна. Річки та озера потребують очищення, а стічні води великих підприємств та комплексів - фільтрації. Необхідно терміново вжити заходів щодо недопущення розтікання забруднюючих речовин і потрапляння їх у грунтові води, джерела та річки.

Висновки та пропозиції

Приданого вала навіть при значних коливаннях навантаження. Таку вимогу повністю забезпечують асинхронні електродвигуни з номінальною механічною характеристикою. Швидкість руху транспортуючих органів, як правило, невелика, тому в кінематичну схему приводу вводять одну або декілька передач: пасову, клинопасову, редуктор, мотор редуктора та інші.

Список використаних джерел

1. В.Ф.Гончар, Л.П.Тищенко Електрообладнання тваринницьких підприємств і автоматизація виробничих процесів у тваринництві: -К Вища школа, 1986.-287с.

2. В.Ф.Гончар, Л.П.Тищенко Електрообладнання і автоматизація сільськогосподарських агрегатів і установок: - К.: Вища школа, 1989.

3.  В.С.Олійник та інші Довідник сільського електрика:- К. - Урожай, 1989.

4.  В.Ф.Гончар Електрообладнання і автоматизація сільськогосподарських агрегатів і установок: - К.: Вища школа, (курсове і дипломне проектування), 1985.

5.  Електропривід сільськогосподарських машин, агрегатів та потокових ліній: підручник / Е.Л.Жулай, Б.В.Зайцев, Ю.М.Лавриненко, О.С.Марченко,

Д.Г.Войтюк; За ред. Є.Л.Жулая.-К.:Вища освіта, 2001 .-288с.

6.  Електропривод: ч.1. О.С.Марченко, Ю.М.Лавріненко, П.І.Савченко, Є.Л.Жулай; За ред. О.С.Марченка.-К.: Урожай, 1995.-208с.

7.  Електропривід сільськогосподарських машин: методичні рекомендації щодо виконання курсової роботи, Немішаєво, 2002.-77с.

8. В.М.Манжара, В.Г.Шаманський Методичні вказівки до виконання курсового і дипломного проектування: - Немішаєво: НМЦ, 2002.-67с.

9. О.С.Марченко Довідник по монтажу і налагоджуванню електрообладнання у сільському господарстві: - К.: Урожай, 1994,- 240 с.

10.Несправності силового електрообладнання/ О.С.Марченко, .М.Лавріненко, Є.Л.Жулай та ін. За ред. О.С.Марченка. - К. - Урожай, 1994,- 288с.

11. И.Ф.Кудрявцев й др.Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок: - М.: Агропромиздат, 1988.-479с.

.     Михеев Ю.А., Морозов З.В. Электрический привод. - М.: Агропромиздат, 1988.-207с.