8. Расчёт электропривода

Составитель В. С. Козлов.

УДК 629.113.004

Расчёт электропривода: Метод. указания к выполнению лаб. работ / НГТУ; Сост.: B.C. Козлов. Н. Новгород, 2005. 11 с.

Рассмотрены рабочие характеристики асинхронных трёхфазных электродвигатей. Приведена методика выбора электродвигателей привода с учётом пусковых динамических перегрузок.

Редактор Э.Л. Абросимова

Подл. к печ. 03.02.05. Формат 60x84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ. л. 0,75. Уч.-изд. л. 0,7. Тираж 100 экз. Заказ 132.

Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603600, Н. Новгород, ул. Минина, 24.

© Нижегородский государственный технический университет, 2005

1. Цель работы.

Изучить характеристики и выбрать параметры электродвигателей гидропривода и привода грузоподъёмных механизмов с учётом инерциальных составляющих.

2. Краткие сведения о работе.

Выпускаемые промышленностью электродвигатели по роду тока подразделяются на следующие типы :

-двигатели постоянного тока, питаемые постоянным напряжением, или с регулируемым напряжением; эти двигатели допускают плавное регулирование угловой скорости в широких пределах, обеспечивая плавный пуск,торможение и реверс, поэтому их применяют в приводах электротранспорта, мощных подъёмниках и кранах;

-однофазные асинхронные двигатели небольшое мощности, применяемые в основном для привода бытовых механизмов;

-трёхфазные двигатели переменного тока (синхронные и асинхронные), угловая скорость которых не зависит от нагрузки и практически не регулируется; по сравнение с асинхронными двигателями синхронные имеют более высокий КПД и допускают большую перегрузку, но уход за ними более сложен и стоимость их выше.

Трёхфазные асинхронные двигатели - самые распространённые во всех отраслях промышленности. По сравнению с остальными для них характерны следующие преимущества: простота конструкции, наименьшая стоимость, простейший уход, непосредственное включение в сеть без преобразователей.

2.1. Характеристики асинхронных электродвигателей.

На рис. 1. представлены рабочие (механические) характеристики асинхронного двигателя. Они выражают зависимость угловой скорости вала двигателя от вращающего момента (рис. 1.а) или вращающего момента от скольжения (рис. 1.6).

Рис. 1 Характеристики двигателей.

На этих рисунках МПУСК - пусковой момент, МНОМ - номинальный момент, ωС - синхронная угловая скорость, ω - рабочая угловая скорость двигателя под нагрузкой,

θ - скольжение поля, определяемое по формуле :

= С − = N С −N

С N С

В пусковом режиме при изменении момента от МПУСК до ММАХ угловая скорость возрастает до ωКР. Точка ММАХ, ωКР - критическая, работа при этом значении момента недопустима, так как двигатель быстро перегревается. При снижении нагрузки от ММАХ до МНОМ , т.е. при переходе к длительному установившемуся режиму, угловая скорость возрастёт до ωНОМ, точка МНОМ , ωНОМ соответствует номинальному режиму. При дальнейшем снижении нагрузки до нуля угловая скорость возрастает до ωС.

Пуск двигателя осуществляется при θ = 1 (рис.1.б), т. е. при ω = 0; при критическом скольжении θКР двигатель развивает максимальный момент ММАХ , работать на этом режиме нельзя. Участок между ММАХ и МПУСК почти прямолинейный, здесь момент пропорционален скольжению. При θНОМ двигатель развивает номинальный момент и может работать в этом режиме длительное время. При θ = 1 момент падает до нуля, а частота вращения без нагрузки возрастает до синхронной NC , зависящей лишь от частоты тока в сети и числа полюсов двигателя.

Так, при нормальной частоте тока в сети 50 Гц асинхронные электродвигатели, имея число полюсов от 2 до 12, будут иметь следующие синхронные частоты вращения ;

NC = 3000 ÷ 1500 ÷ 1000 ÷ 750 ÷ 600 ÷ 500 об/мин.

Естественно, что в расчёте электропривода надо исходить из несколько меньшей расчётной частоты вращения под нагрузкой, соответствующей номинальному режиму работы.

2.2. Потребная мощность и выбор электродвигателя.

Электроприводы механизмов циклического действия, характерных для АТП, работают в повторно-кратковременном режиме, особенностью которого являются частые пуски и остановки двигателя. Потери энергии в переходных процессах при этом непосредственно зависят от приведённого к валу момента инерции механизма и момента инерции самого двигателя. Все эти особенности учитывает характеристика интенсивности использования двигателя, называемая относительной продолжительностью включения :

где tB , tQ - время включения и время паузы двигателя, a tB + tО - суммарное время

цикла.

Для отечественных серий электродвигателей время цикла установлено равным 10 мин., а в каталогах на крановые двигатели приведены номинальные мощности для всех стандартных продолжительностей ПВ, т. е. 15%, 25%, 40%, 60% и 100%.

Выбор электродвигателя грузоподъёмного механизма производят в следующей последовательности :

1. Определяют статическую мощность при подъёме груза в установившемся

где Q - вес груза, Н,

V - скорость подъёма груза, м/с,

η– общий КПД механизма = 0,85 ÷ 0,97

2.Используя формулу (1) определяют фактическую продолжительность

включения (ПВФ), подставляя в неё tВ - фактическое время включения двигателя за цикл.

3.В случае совпадения фактической продолжительности включения (ПВФ), и стандартного (номинального) значения ПВ, по каталогу выбирают электродвигатель

так, чтобы его номинальная мощность NД была равна иди несколько больше статической мощности (2).

В том случае, когда значение ПВФ не совпадает со значением ПВ, двигатель выбирают по мощности NН вычисленной по формуле

Мощность выбранного двигателя NД должна быть или несколько больше значения NН.

4. Двигатель проверяют на перегрузку при пуске. Для этого по его номинальной мощности NД и соответствующей частоте вращения вала nД определяют номинальный момент двигателями

где МД - в Н·м, NД - в кВт, nД - в об/мин.

По отношению пускового момента МП , рассчитанного ниже см. (5,6,7), к моменту МД находят коэффициент перегрузки :

КП= М П

МД

Расчётное значение коэффициента перегрузки не должно превышать допускаемые для данного типа двигателя значения - 1,5 ÷ 2,7 (см. Приложение 1).

Пусковой момент на валу двигателя, развиваемый при разгоне механизма, можно представить как сумму двух моментов: момента МСТ сил статического сопротивления и момента сопротивления МИ сил инерции вращающихся масс

механизма:

Для грузоподъёмного механизма, состоящего из двигателя, редуктора, барабана и полиспаста с заданными параметрами ИМ - передаточное число между двигателем и барабаном, аП - кратность полиспаста, IД - момент инерции

вращающихся частей двигателя и соединительной муфты, RБ - радиус барабана, Q - вес груза, σ = 1,2 - поправочный коэффициент, учитывающий инерцию остальных вращающихся масс привода, можно записать

где суммарный приведённый к валу двигателя момент инерции движущихся масс механизма и груза при разгоне

Q R2

I ПР.Д = 2 Б2 I Д (7)

g И М aП

Ввиду незначительности инерциальных масс гидромеханизмов, электродвигатель гидропривода подбирается исходя из максимальной мощности и соответствия числа оборотов выбранного насоса - см. лаб. работу "Расчёт гидропривода".

3. Порядок выполнения работы.

Работа выполняется в индивидуальном порядке согласно назначенного варианта. Черновые расчёты с окончательными выводами предъявляются преподавателю в конце занятия.

4. Оформление работы и сдача отчёта.

Отчёт выполняется на стандартных листах формата А4. Последовательность оформления : цель работы, краткие теоретические сведения, исходные данные, расчётное задание, расчётная схема, решение задачи, выводы. Сдача работы ведётся с учётом контрольных вопросов.

5. Содержание работы.

Используя исходные данные Приложения 2 и беря недостающие из Приложения 1 выбрать электродвигатель грузоподъёмного механизма. Определить коэффициент перегрузки двигателя при пуске.

По результатам лабораторной работы "Расчёт гидропривода" подобрать электродвигатель к выбранному гидравлическому насосу.

6. Пример выбора двигателя механизма подъёма стрелы с электроприводом. Определение коэффициента перегрузки двигателя при пуске.

Исходные данные: грузоподъёмная сила крана Q = 73 500 Н (грузоподъёмность 7,5 т); скорость подъёма груза υ=0,3 м/с; кратность полиспаста аП = 4; общий КПД механизма и полиспаста η = 0,85; радиус барабана лебёдки механизма подъёма RБ = 0,2 м; режим работы двигателя соответствует номинальному ПВФ = ПВ = 25%

Угловая скорость вала, двигателя

= n Д =3,14 750=78,5 рад/сек

Д30 30

Передаточное число механизма

им= Д =78,5 =13,08Б 6,0

3. Находим статический момент сопротивления, приведённый к валу двигателя

М С.Д= Q RБ = 73500 0,2 ≈331 Н м иМ аП 13,08 4 0,85

4. Рассчитываем суммарные приведенный (к валу двигателя) момент инерции механизма и груза при разгоне

...=0,129 3,15≈3,279 кг м2

5.Определяем избыточный момент, приведенный к валу двигателя при времени разгона tP = 3 с.

МИЗБ. Д.=J 'ПР.Д t Д =3,279 78,5≈86 Н м

Р3

6.Вычисляем движущий момент на валу двигателя

MР.Д.=M С.Д. М ИЗБ. Д.=331 86=417 Н м

7.Определяем коэффициент перегрузки двигателя при пуске. Момент на валу

двигателя, соответствующий его номинальной мощности

7. Контрольные вопросы для сдачи отчёта.

1.Что такое скольжение поля в электродвигателе ?

2.Критическая и номинальная точки рабочих характеристик электродвигателей.

3.Что такое синхронная частота вращения электродвигателя, чем она отличается от номинальной ?

4.Что называется относительной и фактической продолжительностью включения двигателя ? Что показывает их отношения ?

5.В чём разница между номинальным и пусковым моментами электродвигателя ?

6.Коэффициент перегрузки при пуске электродвигателя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гоберман Л. А. Основы теории, расчёта и проектирования СДМ. -М.: Маш., 1988. 2. Проектирование механических передач: Учебное пособие. / С.А. Чернавский и др. - М.: Маш., 1976.

3. Руденко Н. Ф. и др. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин. - М.: Маш., 1971.

Приложение 1. Асинхронные электродвигатели типа АО2

Приложение 2.