Расчет асинхронного двигателя в системе электропривода.

Задание:

По заданной нагрузочной диаграмме электропривода определить эквивалентную мощность и выбрать асинхронный двигатель с фазным ротором. Произвести проверку заданного двигателя на нагрев по методу средних потерь, а также проверку на перегрузочную способность при снижении напряжения в сети. Произвести расчет теплового режима выбранного двигателя по заданной нагрузочной диаграмме.

Определить сопротивление добавочного резистора, который необходимо включить в цепь ротора выбранного двигателя для снижения частоты вращения на заданную величину при номинальном моменте сопротивления. Построить естественную и реостатную механичексие характеристики выбранного двигателя.

Рассчитать сопротивления секций пускового реостата и потери электрической энергии при реостатном и прямом пуске.

Начертить и изучить схемы управления пуском и реверсом асинхронных двигателей.

Вариант задания 23.

Таблица 1. Нагрузка двигателя по интервалам времени.

Мощность на ступенях нагрузки, кВт	13	6	10	5	0
Время работы двигателя на ступени, мин	12	9	14	8	7

Синхронная частота вращения двигателя об/мин.

Заданное снижение частоты вращения при номинальном моменте нагрузки

Предполагается, что на холостом ходу в пятом интервале времени двигатель включен в сеть и работает.

Нагрузочная диаграмма двигателя строится по данным таблицы. Она показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Нагрузочная диаграмма асинхронного двигателя.

1.2 Расчет эквивалентной мощности и выбор асинхронного двигателя.

Рассчитаем эквивалентную мощность двигателя:

кВт.

По справочнику выбираем двигатель 4АК160М6У3, имеющий следующие параметры:

- синхронная частота вращения 1000 об/мин;

- номинальная мощность P_H=10 кВт;

- номинальное скольжение S_H=4,5%;

- КПД в номинальном режиме %;

- кратность максимального момента ;

- рабочее напряжение ротора В;

- рабочий ток ротора A;

- постоянная времени нагрева T_H=24 мин;

- суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя кг·м²

Характеристика двигателя: число пар полюсов 6, высота оси вращения 160 мм, двигатель серии 4А с фазным ротором, климатическое исполнение У3.

1.3 Проверка выбранного двигателя по нагреву:

Рассчитаем потери в номинальном режиме:

кВт

Потери холостого хода:

кВт

Потери в обмотках при номинальной нагрузке

кВт

Коэффициенты нагрузки по ступеням графика:

Потери на каждой ступени графика

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

Средние потери за цикл:

кВт

кВт

Средние потери за цикл меньше допустимых потерь в номинальном режиме, двигатель перегреваться не будет.

1.4 Проверка выбранного двигателя на перегрузку при снижении напряжения:

Pmax = 13 кВт – максимальная мощность двигателя по нагрузочной диаграмме;

Запишем условие работоспособности двигателя при снижении напряжения в питающей сети:

Подставим численные значения, получим:

Это условие выполняется, значит, двигатель будет работоспособен при снижении напряжения в питающей сети на 10%.

Таким образом, выбранный двигатель удовлетворяет всем поставленным условиям.

1.5 Расчет теплового состояния асинхронного двигателя.

Найдем установившиеся превышения температуры по циклам нагрузки:

ºС

С

Аналогично рассчитаем превышения температуры для остальных этапов рабочего цикла и результаты расчетов сведем в таблицу.

Таблица 2. Превышение температуры по интервалам рабочего цикла

Время работы на интервале, минут	Потери на ступени, кВт	Превышение температуры, градусы Цельсия
12	2,657	115,88
9	1,071	46,72
14	1,834	80
8	0,94	41
7	0,642	28

Рассчитанные превышения температуры в течение трех рабочих циклов:

Для первого интервала первого цикла расчет распишем, а результаты остальных сведем в таблицу.

С

Таблица 3. Результаты расчета теплового состояния двигателя.

Номер цикла	Номер интервала	Реальное превышение температуры
1	1	45,6
	2	46
	3	61
	4	55,33
	5	48,42
2	1	75
	2	66,13
	3	72,26
	4	63,4
	5	54,44
3	1	78,62
	2	68,64
	3	73,66
	4	64,4
	5	55,2

По результатам расчета видно, что двигатель особенно сильно нагревается, если мощность нагрузки превышает его номинальную мощность.

Усредненная кривая нагрева строится по результатам аналогичного теплового расчета двигателя по интервалам циклов, только вместо потерь на интервале подставляем среднее значение потерь в двигателе. Результаты расчета сведем в таблицу:

Номер цикла	Номер интервала	Усредненное значение превышения температуры
1	1	27.189
	2	40.295
	3	53.026
	4	57.583
	5	60.497
2	1	63.882
	2	65.514
	3	67.099
	4	67.667
	5	68.029
3	1	68.451
	2	68.654
	3	68.852
	4	68.922
	5	68.967

Построим кривую нагрева двигателя, рассчитанную по нагрузочной диаграмме и усредненную кривую нагрева по результатам расчета средних потерь.

Рисунок 2. Диаграмма потерь и кривая нагрева.