Задание № 3

ЭЛЕКТРОПРИВОД С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

С ФАЗНЫМ РОТОРОМ ПРИ УДАРНОЙ НАГРУЗКЕ

1 Исходные данные

1.1 Нагрузочная диаграмма исполнительного механизма

M_s3

Н м М_s

M_s2

M_s1

M_s0

t

t₀ t₁ t₀ t₂ t₀ t₃ t₀ t₁

1.2 Параметры нагрузочной диаграммы и данные исполнительного механизма

Вари-ант	MS0	MS1	MS2	MS3	t0	t1	t2	t3		i		JМ
№	Нм	Нм	Нм	Нм	с	с	с	с	рад/с			кгм2
1	380	2800	3900	4600	5	4	5	6	33	3	0,85	10
2	600	3500	4800	6200	6	3	7	4	24	4	0,8	15
3	720	4000	5300	7100	7	4	4	5	19	5	0,75	20
4	250	2000	3100	3800	10	4	4	6	33	3	0,85	9
5	300	1700	2400	3100	6	3	7	5	22	4	0,8	15
6	130	1000	1500	3500	10	4	5	5	33	3	0,9	9

Принятые обозначения:

M_S0 , МS1 , М_S2 , М_S3 – статические моменты на валу исполнительного механизма;

– угловая скорость вала исполнительного механизма;

i – передаточное число;

– КПД исполнительного механизма с учетом кинематической связи;

J_M – момент инерции исполнительного механизма.

1.3 Пуск – реостатный при статическом моменте исполнительного механизма M_S0 .

1.4 Торможение – противовключением (1,3,5 варианты), динамическое при независимом возбуждении (2,4,6 варианты) при статическом моменте M_S0 .

1.5 В точке максимальной нагрузки двигатель должен развивать момент не выше (0,8 – 0,85) М_SK, не превышая при этом значение (1,6 – 1,7) М_н. Допускается использование маховика.

1.5 Питающая сеть переменного тока ~3-TN-S, 380 В, 50 Гц.

2 Расчетная часть

2.1 Определить приведенные значения статических моментов и момента инерции исполнительного механизма.

2.2 Определить предварительно мощность двигателя и выбрать его по каталогу.

2.3 Рассчитать сопротивления ступеней пускового резистора.

2.4 Рассчитать сопротивление резистора торможения противовключением (1,3,5 варианты).

2.5 Рассчитать сопротивление резистора электродинамического торможения (2,4,6 варианты), выбрать схему питания обмотки статора во время торможения и рассчитать источник питания.

2.6 Рассчитать и построить естественные электромеханическую и механическую характеристики электродвигателя, искусственные механические характеристики в двигательном и тормозном режимах.

2.7 Рассчитать и построить кривые изменения угловой скорости и момента двигателя при пуске, изменении нагрузки и торможении; определить длительность переходных процессов.

2.8 Проверить предварительно выбранный двигатель по нагреву и перегрузке.

2.9 Выбрать по каталогу пусковые, регулировочные и тормозные резисторы и составить схему соединения секций.

2.10 Рассчитать потери энергии в статоре, роторе и во внешнем сопротивлении при пуске и торможении.

2.11 Определить перегрузочную способность электродвигателя при снижении напряжения питающей сети на 15%.

2.12 Определить перегрузочную способность электродвигателя при снижении частоты питающей сети на 5%.

2.13 Разработать принципиальную электрическую схему электропривода и дать описание ее работы. Схема управления должна обеспечивать выполнение заданного режима работы, необходимые виды защиты электрооборудования.

2.14 Выбрать аппаратуру управления, защиты и сигнализации; составить перечень элементов.

3 Графическая часть

3.1 Принципиальная электрическая схема электропривода.

3.2 Электромеханические и механические характеристики двигателя.

3.3 Нагрузочная диаграмма исполнительного механизма.

3.4 Нагрузочная диаграмма и тахограмма электропривода за полный цикл работы.

1 Определение приведенных значений статических моментов и момента инерции исполнительного механизма

Статические моменты, приведенные к валу электродвигателя действующие на интервалах времени , , , определяются как

Н^.м, (1.1)

Н^.м, (1.2)

Н^.м, (1.3)

Н^.м. (1.4)

где , , , – статические моменты на валу исполнительного механизма;

– КПД исполнительного механизма с учетом кинематической связи;

i – передаточное число.

Приведенное значение момента инерции исполнительного механизма

(1.5)

где J_M – момент инерции исполнительного механизма.

2 Определение предварительной мощности двигателя и выбор его по каталогу

Определим эквивалентный момент нагрузки для заданной нагрузочной диаграммы за цикл работы

Н^.м. (2.1)

Определим скорость вращения исполнительного механизма приведённую к валу электродвигателя

рад/с, (2.2)

где – угловая скорость вала исполнительного механизма.

Частота вращения двигателя

об/мин. (2.3)

Определим расчетную мощность двигателя

Вт. (2.4)

Используя рассчитанные параметры n и по [2] выбираем трехфазный асинхронный электродвигатель с фазным ротором. При выборе принимаем ближайшую большую синхронную скорость и учтем, что номинальная мощность двигателя должна быть несколько выше расчетной. Таким образом, выбираем электродвигатель 4АНК280S6У3 со следующими основными параметрами:

- номинальная мощность кВт;

- номинальное напряжение В;

- скорость идеального холостого хода ;

- номинальный коэффициент полезного действия ;

- номинальный коэффициент мощности ;

- номинальный ток ротора ;

- напряжение на кольцах при заторможенном роторе В;

- кратность максимального момента ;

- номинальное скольжение ;

- критическое скольжение ;

- реактивное сопротивление намагничивающего контура о.е.;

- активное сопротивление фазы статора о.е.;

- реактивное сопротивление рассеяния фазы статора о.е.;

- приведённое активное сопротивление фазы ротора о.е.;

- приведённое реактивное сопротивление рассеяния фазы ротора о.е.;

- степень защиты IP23.

Рассчитаем коэффициент запаса, который учитывает динамические режимы электродвигателя

.

Рекомендацию по коэффициенту запаса берем из [7]. Полученный коэффициент запаса лежит в рекомендуемых пределах (от 1.1 до 1.3), следовательно предварительный выбор двигателя сделан правильно.

Найдем номинальный фазный ток статора I_1н и переведем сопротивления из относительных единиц в Омы, используя формулы из [2]

А.

Ом,

Ом,

Ом, (2.7)

Ом,

Ом.

Используя формулу (2.3), определим угловую скорость идеального холостого хода электродвигателя

рад/с.

Определим номинальную угловую скорость

рад/с.

Максимальный момент электродвигателя М_k определим как

Н^.м.

(2.10)

Номинальный момент электродвигателя Мн

Н^.м. (2.11)

Проверка пункта 1.5 задания

, . (2.12)

Момент, развиваемый двигателем в точке максимальной нагрузки, находится в требуемых пределах.

Найдем активное сопротивление ротора и коэффициент приведения сопротивлений, необходимые для дальнейших расчетов, используя формулы, приведённые в [7]. Активное сопротивление ротора r₂ определим, используя следующую формулу

Ом. (2.13)

Тогда коэффициент приведения сопротивлений k_r определим как

. (2.14)

Правильность определения сопротивления ротора и коэффициента приведения сопротивлений можно проверить, используя формулу из [3]. Для асинхронного электродвигателя с фазным ротором коэффициент приведения сопротивлений примерно будет равен

. (2.15)

Результаты, полученные по формулам (2.14) и (2.15) практически одинаковые, следовательно, активное сопротивление ротора r₂ определено правильно.