Московский государственный технический университет
им. Н. Э. Баумана
А. Б. Красовский расчет характеристик электропривода
Методические указания к домашнему заданию
по курсу “Основы электропривода”
Под редакцией Ю.И.Даниленко
Москва 2010
Приведены варианты задания по расчету статических и динамических характеристик электропривода с примером выполнения и оформления, а также основные характеристики некоторых типов электродвигателей.
Для студентов механико-технологического факультета.
ВВЕДЕНИЕ
Электропривод является неотъемлемой частью большинства современных технологических установок и во многом определяет их качественный уровень. Электроприводы, используемые в высокоэффективных технологических процессах, как правило, представляют собой сложные многокомпонентные системы, объединяющие самые передовые достижения многих областей техники - электромеханики, электроники, теории управления и т.п. Методика расчета и проектирования таких систем при жестких требованиях к точности воспроизведения заданных статических и динамических параметров движения предполагает знакомство со смежными дисциплинами, либо не изучаемыми студентами технологического и механического профиля, либо изучаемыми в недостаточном объеме.
Вместе с тем для грамотной постановки задачи и творческого участия в ее решении, по крайней мере, на принципиальном уровне, механики и технологи должны быть знакомы с общей методологией и этапами проектирования электроприводов. Например, в некоторых технологических процессах механической обработки, вакуумного и сварочного производств и т.п. успешно используются относительно простые разомкнутые структуры электропривода с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Проектирование и расчет таких электроприводов вполне по силам как механикам, так и технологам.
Цель домашнего задания - практическое ознакомление с этапами проектирования электропривода, методикой выбора основного его элемента – двигателя– по мощности, с расчетом его статических и динамических характеристик в разомкнутой структуре управления, паспортными данными распространенных в настоящее время серий асинхронных двигателей.
I. Задание
По заданным нагрузочной диаграмме и тахограмме движения механизма, параметры которых приведены к валу двигателя, предварительно выбрать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором по каталогу.
По паспортным данным выбранного двигателя рассчитать и построить естественные и регулировочные механические характеристики электропривода, обеспечивающие заданную тахограмму движения механизма.
В соответствии с заданными нагрузочной диаграммой и тахограммой движения механизма рассчитать и построить переходные процессы изменения скорости и момента электропривода.
Определить потери энергии в электроприводе в переходных процессах изменения скорости в соответствии с заданной тахограммой движения механизма.
Проверить предварительно выбранный двигатель по перегрузочной способности и по нагреву.
Сделать заключение о возможности использования предварительно выбранного двигателя для данного механизма.
Дополнительные условия и требования:
Статор асинхронного двигателя подключен к идеальному регулируемому преобразователю частоты с возможностью двухстороннего обмена энергией между двигателем и питающей сетью.
Рабочие участки механических характеристик асинхронного двигателя могут быть приняты линейными.
Заданная тахограммой движения скорость должна быть обеспечена при максимальном, в соответствии с нагрузочной диаграммой, моменте нагрузки.
Изменение скорости в соответствии с заданной тахограммой движения обеспечивается скачкообразным изменением выходных параметров преобразователя частоты. Переходные процессы, отмеченные звездочкой (*) в табл. 1 и 2 формируются плавным изменением по линейному закону выходных параметров того же преобразователя. Электромагнитная инерционность двигателя не учитывается.
Для переходного процесса, отмеченного звездочкой (*), определить время изменения выходных параметров преобразователя частоты, при котором кратность пускового тока к номинальному (Iп/Iн) уменьшится в k раз по сравнению с кратностью, заданной в паспортных данных двигателя.
По усмотрению преподавателя характер изменения скорости и момента привода в переходных процессах при скачкообразном изменении выходных параметров преобразователя оценивать по усредненной механической характеристике двигателя, либо с учетом её реального вида.
Среднее значение момента асинхронного двигателя в тормозном режиме принять равным пусковому моменту.
Вариант 1
Таблица 1
Номер задания |
np1 , об/мин |
np2 , об/мин |
Мс1 Н.м |
Мс2 Н.м |
|
t1 , c |
t2 , c |
t3, c |
t4 , c |
Переходный процесс изменения скорости |
k |
|||
1-й |
2-й |
3-й |
||||||||||||
I |
500 |
900 |
20 |
40 |
1.0 |
15 |
30 |
75 |
130 |
* |
|
|
3.5 |
|
2 |
200 |
1200 |
5 |
30 |
1,5 |
15 |
40 |
70 |
140 |
* |
|
|
3,2 |
|
3 |
800 |
1400 |
45 |
15 |
0,5 |
10 |
30 |
80 |
120 |
* |
|
|
4,0 |
|
4 |
300 |
900 |
25 |
60 |
1,5 |
25 |
45 |
90 |
135 |
* |
|
|
4,0 |
|
5 |
600 |
900 |
60 |
25 |
1,0 |
20 |
35 |
100 |
150 |
* |
|
|
3,0 |
|
6 |
700 |
1300 |
0 |
70 |
1,5 |
10 |
25 |
100 |
140 |
|
* |
|
3,8 |
|
7 |
350 |
700 |
5 |
15 |
2,0 |
15 |
20 |
100 |
120 |
|
* |
|
3.8 |
|
8 |
700 |
900 |
40 |
70 |
1,0 |
10 |
20 |
70 |
100 |
|
* |
|
4,0 |
|
9 |
1000 |
1200 |
50 |
0 |
3,0 |
10 |
25 |
80 |
100 |
|
* |
|
4,0 |
|
10 |
400 |
1400 |
40 |
25 |
1,5 |
25 |
45 |
70 |
110 |
|
* |
|
3,2 |
|
11 |
700 |
1250 |
40 |
60 |
0,5 |
25 |
,60 |
75 |
140 |
|
|
* |
3,8 |
|
12 |
900 |
1400 |
0 |
40 |
0,5 |
20 |
50 |
90 |
150 |
|
|
* |
3,8 |
|
13 |
100 |
1100 |
10 |
40 |
1,0 |
25 |
45 |
100 |
125 |
|
|
* |
4,0 |
|
14 |
750 |
1400 |
5 |
35 |
2,0 |
10 |
20 |
90 |
100 |
|
|
* |
3,8 |
|
15 |
750 |
900 |
10 |
20 |
1,5 |
30 |
50 |
70 |
150 |
|
|
* |
2,5 |
|
16 |
250 |
850 |
30 |
75 |
2,0 |
30 |
60 |
90 |
140 |
* |
|
|
3,5 |
|
17 |
450 |
1400 |
40 |
80 |
2,5 |
30 |
50 |
100 |
120 |
* |
|
|
3,5 |
|
18 |
500 |
1400 |
20 |
40 |
3,0 |
10 |
40 |
100 |
120 |
* |
|
|
3,7 |
|
19 |
450 |
1400 |
45 |
0 |
0,5 |
25 |
50 |
100 |
100 |
* |
|
|
3,0 |
|
20 |
900 |
1250 |
2 |
8 |
2,0 |
30 |
70 |
80 |
150 |
* |
|
|
2,5 |
|
Вариант 2
Таблица 2
Номер задания |
np1 , об/мин |
np2 , об/мин |
Мс1, Н.м |
Мс2, Н.м |
|
t1 , c |
t2 , с |
t3 , c |
t4 , c |
Переходный процесс изменения скорости |
k |
|||
1-й |
2-й |
3-й |
||||||||||||
I |
350 |
1300 |
6 |
15 |
0,8 |
30 |
75 |
100 |
180 |
|
* |
|
2,5 |
|
2 |
600 |
900 |
3 |
25 |
1,0 |
60 |
75 |
95 |
125 |
|
* |
|
2,5 |
|
3 |
100 |
1400 |
25 |
0 |
0,5 |
60 |
75 |
95 |
125 |
|
|
* |
3,5 |
|
4 |
1400 |
700 |
20 |
5 |
1,0 |
75 |
100 |
120 |
175 |
|
|
* |
3,2 0 9*- |
|
5 |
1400 |
100 |
7,5 |
10 |
3.0 |
50 |
100 |
120 |
150 |
|
|
* |
3.8 |
|
6 |
400 |
1400 |
35 |
50 |
2,0 |
45 |
75 |
100 |
140 |
|
|
* •л. |
3,8
|
|
7 |
500 |
900 |
25 |
40 |
2,0 |
45 |
75 |
120 |
160 |
|
|
* |
3,5 0 » <J |
|
8 |
500 |
700 |
40 |
50 |
1,0 |
50 |
75 |
125 |
150 |
* |
|
|
3,2 |
|
9 |
800 |
400 |
0 |
50 |
1,5 |
50 |
75 |
125 |
150 |
* |
|
|
3,3 |
|
10 |
900 |
500 |
45 |
25 |
1,5 |
60 |
90 |
130 |
180 |
* |
|
|
3,5 |
|
11 |
1400 |
700 |
25 |
60 |
1,0 |
50 |
100 |
150 |
200 |
* эт |
|
|
3,2 |
|
12 |
500 |
700 |
20 |
50 |
1,5 |
75 |
100 |
150. |
200 |
* |
|
|
4,0 |
|
13 |
700 |
500 |
0 |
70 |
0,5 |
25 |
75 |
150 |
200 |
|
* |
|
4,0 |
|
14 |
1400 |
400 |
50 |
0 |
1,5 |
50 |
75 |
120 |
180 |
|
|
* JV |
3.5 |
|
15 |
1300 |
700 |
20 |
8 |
1,0 |
50 |
75 |
180 |
180 |
* |
|
|
3,5 |
|
16 |
500 |
700 |
75 |
0 |
0,5 |
25 |
80 |
100 |
170 |
* |
|
|
4,0 |
|
17 |
200 |
800 |
50 |
70 |
1,0 |
40 |
80 |
120 |
160 |
* эс |
|
|
3,0 |
|
18 |
500 |
900 |
40 |
70 |
3,0 |
70 |
100 |
150 |
200 |
|
* |
|
3,0 |
|
19 |
900 |
500 |
60 |
0 |
0,5 |
70 |
100 |
150 |
200 |
* |
|
|
3,5 |
|
20 |
800 |
200 |
0 |
80 |
1,5 |
60 |
120 |
180 |
250 |
* |
|
|
4.0 |
|
Таблица 3
Типоисполнение двигателя |
Мощность Pн , кВт |
Частота вращения nн, мин-1 |
Ток статора А, при U1=380B и P=Pн |
Отношение пускового тока к номинальному Iп/ Iн |
Отношение пускового момента к номинальному Мп/ Мн |
Отношение минимального момента к номинальному Мmin/ Мн |
Отношение максималь-ного момента к номинальному Мmax/ Мн |
Момент инерции ротора Jр,кгм2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
4А50А4УЗ |
0,06 |
1380 |
0,31 |
2,5 |
2,0 |
1,7 |
2.2 |
0.00003 |
4А50В4УЗ |
0,09 |
1370 |
0,42 |
2,5 |
2,0 |
1,7 |
2,2 |
0,00003 |
4А56В4УЗ |
0,12 |
1375 |
0,44 |
3,5 |
2,1 |
1,5 |
2.2 |
0.0007 |
4А63А4УЗ |
0,18 |
1365 |
0,66 |
3,5 |
2,1 |
1,5 |
2,2 |
0.0008 |
4А63В4УЗ |
0,25 |
1380 |
0,85 |
4,0 |
2,0 |
1,5 |
2,2 |
0,0012 |
4А63В4УЗ |
0,37 |
1365 |
1,20 |
4,0 |
2,0 |
1,5 |
2,2 |
0,0014 |
4А71А4УЗ |
0,55 |
1390 |
1,70 |
4,5 |
2,0 |
1,8 |
2,2 |
0,0013 |
4А71В4УЗ |
0,75 |
1390 |
2,17 |
4,5 |
2.0 |
1.8 |
2,2 |
0.0014 |
4А80А4У3 |
1,10 |
1420 |
2,76 |
5,0 |
2,0 |
1,6 |
2,2 |
0.0032 |
4А80В4УЗ |
1,50 |
1415 |
3,57 |
5,0 |
2,0 |
1,6 |
2,2 |
0,0033 |
4А90L4УЗ |
2,20 |
1425 |
5,02 |
6,0 |
2,1 |
1,6 |
2.4 |
0,0056 |
4А100S4УЗ |
3,0 |
1435 |
6,7 |
6,0 |
2,0 |
1.6 |
2,4 |
0,0087 |
4А100L4УЗ |
4,0 |
1430 |
8,6 |
6,0 |
2.0 |
1,6 |
2,4 |
0,0110 |
4А132М4УЗ |
5,5 |
1445 |
11,5 |
7,0 |
2,0 |
1,6 |
2,2 |
0,0180 |
4A132S4УЗ |
7,5 |
1455 |
15,1 |
7,5 |
2,2 |
1.7 |
3,0 |
0,0280 |
4A132М4УЗ |
11,0 |
1460 |
22,0 |
7,5 |
2,2 |
1.7 |
3,0 |
0,0400 |
4А160М4УЗ |
18,5 |
1465 |
35,7 |
7,0 |
1,4 |
I.J |
2,3 |
0,1280 |
4А180S4УЗ |
22,0 |
1470 |
41,3 |
6,5 |
1,4 |
1.0 |
2,3 |
0,1900 |
4А180M4УЗ |
30,0 |
1470 |
56,0 |
6,5 |
1,4 |
1,0 |
2,3 |
0,2330 |
4A200M4УЗ |
37,0 |
1475 |
68,8 |
7,0 |
1,4 |
1,0 |
2,5 |
0,3680 |
4A200L4У3 |
45,0 |
1475 |
82,6 |
7,0 |
1,4 |
1.0 |
2,5 |
0,4450 |
4А225М4УЗ |
56, 0 |
1480 |
100,0 |
7,0 |
1,3 |
1,0 |
2,5 |
0,0400 |
4А250S4УЗ |
75,0 |
1480 |
136,0 |
7,0 |
1,2 |
1.0 |
2,3 |
1,0200 |
4А250М4УЗ |
90,0 |
1480 |
162,0 |
7,0 |
1,2 |
1,0 |
2,3 |
1,1680 |
4А280S4УЗ |
110,0 |
1470 |
201,0 |
5,5 |
1,2 |
1,0 |
2,0 |
2,3000 |
4А280М4УЗ |
132,0 |
1480 |
240,0 |
5,5 |
1,3 |
1.0 |
2,0 |
2,4800 |
4А315S4УЗ |
160,0 |
1480 |
285,0 |
6,0 |
1,3 |
0,9 |
2,2 |
3,0800 |
4А315М4УЗ |
200, 0 |
1480 |
351,0 |
6,0 |
1,3 |
0.9 |
2,2 |
3,6300 |
4А355S4УЗ |
250,0 |
1485 |
438,0 |
7,0 |
1,2 |
0,9 |
2,0 |
6,0000 |
4А355M4УЗ |
315,0 |
1485 |
549,0 |
7,0 |
1,2 |
0,9 |
2,0 |
7,0500 |
4А63А6УЗ |
0,18 |
885 |
0,78 |
3,0 |
2,2 |
1.5 |
2,2 |
0,0020 |
4А63В6УЗ |
0,25 |
890 |
1,04 |
3,0 |
2,2 |
1.5 |
2,2 |
0,0022 |
4А71А6УЗ |
0,37 |
910 |
1,26 |
4,0 |
2,0 |
1.8 |
2,2 |
0,0017 |
4А71В6УЗ |
0,55 |
900 |
1,74 |
4,0 |
2,0 |
1,8 |
2,2 |
0,0020 |
4А80А6УЗ |
0,75 |
915 |
2,24 |
4,0 |
2,0 |
1.6 |
2,2 |
0,0030 |
4А80B6УЗ |
1,10 |
920 |
3,05 |
4,0 |
2,0 |
1.6 |
2,2 |
0,0046 |
4А90L6УЗ |
1,50 |
935 |
4,10 |
4,5 |
2,0 |
1.7 |
2,2 |
0,0074 |
Окончание табл. 3
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
4A100L6УЗ |
2.20 |
950 |
5,65 |
5,0 |
2,0 |
1,6 |
2,2 |
0.1030 |
4A112MA6УЗ |
3,00 |
955 |
7,40 |
6,0 |
2,0 |
1,8 |
2,5 |
0,0180 |
4A112MB6УЗ |
4,00 |
950 |
9,13 |
6,0 |
2.0 |
1,8 |
2,5 |
0,0200 |
4A132S6У3 |
5,5 |
965 |
12,2 |
6,5 |
2,0 |
1,8 |
2,5 |
0,040 |
4А132M6УЗ |
7,5 |
970 |
16,5 |
6,5 |
2,0 |
1,8 |
2,5 |
0,058 |
4А160S6У3 |
11,0 |
975 |
22,6 |
6,0 |
1,2 |
1,0 |
2,0 |
0,138 |
4А160М6УЗ |
15,0 |
975 |
30,0 |
6,0 |
1,2 |
1,0 |
2,0 |
0,183 |
4А180M6УЗ |
18,5 |
975 |
36,6 |
5,0 |
1,2 |
1,0 |
2,0 |
0,220 |
4А200M6УЗ |
22,0 |
975 |
41,3 |
6,5 |
1,3 |
1,0 |
2,4 |
0,400 |
4А200L6УЗ |
30.0 |
980 |
56,0 |
6,5 |
1,3 |
1,0 |
2,4 |
0,450 |
4А225М6УЗ |
37,0 |
980 |
69,4 |
6,5 |
1,2 |
1,0 |
2,3 |
0,740 |
4А250S6УЗ |
45.0 |
985 |
84,0 |
6.5 |
1,2 |
1,0 |
2,1 |
1,155 |
4А250M6УЗ |
55,0 |
985 |
103,0 |
6,5 |
1,2 |
1,0 |
2,1 |
1,260 |
4А280S6УЗ |
75,0 |
985 |
139,0 |
5,5 |
1,4 |
1,2 |
2,2 |
2,925 |
4A280S6У3 |
90,0 |
985 |
165,0 |
5,5 |
1,4 |
1,2 |
2,2 |
3,380 |
4А315S6УЗ |
110,0 |
985 |
199,0 |
6,5 |
1,4 |
0,9 |
2,2 |
4,000 |
4А315М6УЗ |
132.0 |
985 |
239,0 |
6,5 |
1,4 |
0,9 |
2,2 |
4,500 |
4А355S6УЗ |
160,0 |
985 |
291,0 |
6,5 |
1,4 |
0,9 |
2,2 |
7,330 |
4А355М6УЗ |
200,0 |
985 |
362,0 |
6,5 |
1,4 |
0,9 |
2,2 |
8,800 |
Таблица 4
Номер задания |
np1, об/мин |
np2, об/мин |
Мс1 Н.м |
Мс2 Н.м |
|
t1 , c |
t2 , c |
t3 , c |
t4 , c |
Переходный процесс изменения скорости |
k |
|||
1-й |
2-й |
3-й |
||||||||||||
100 |
300 |
1200 |
15 |
25 |
1 |
10 |
25 |
55 |
105 |
* |
|
|
3.9 |
|
Паспортные данные некоторых типов двигателей. Паспортные данные асинхронных двигателей серии 4А с синхронной частотой вращения 1500 и 1000 об/мин приведены в табл. 3.
Оформление задания. Отчет о выполнении задания должен содержать расчетно-пояснительную записку с графиками, отражающими статические, динамические и нагрузочные диаграммы электропривода. Пунктам задания, включая дополнительные условия и требования, должны соответствовать заглавия, отражающие этапы работы.