Расчет и выбор мощности электродвигателя, построение и анализ его механической характеристики

Введение

двигатель пусковой мощность

Цель работы: закрепление изученного теоретического материала, развитие навыков выбора электродвигателя для электропривода, построении я и анализ механических характеристик по паспортным данным и использования ЭВМ в инженерных расчётах.

Задание на выполнение РГР

Производственный механизм приводится в движение асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Режим работы задан в таблице 1 в соответствии с вариантом.

Характеристика окружающей среды:

¾      для четных вариантов - нормальная;

¾      для нечетных вариантов - пары агрессивной жидкости.

Требуется:

Построить нагрузочную диаграмму;

Обосновать выбор частоты вращения двигателя;

Выбрать исполнение двигателя с учетом окружающей среды;

Рассчитать мощность и выбрать тип двигателя для режима работы, соответствующего нагрузочной диаграмме;

Проверить выбранный двигатель на перегрузку и пусковые условия;

Определить потребляемую двигателем мощность, потребляемый и пусковой токи, номинальный, максимальный и пусковой момент по паспортным данным выбранного двигателя;

Сделать подробный анализ механической характеристики (описать характерные точки и участки);

Таблица 1 - Исходные данные

1. Расчет и определение режим работы двигателя

Продолжительность включения (ПВ) определяют по формуле:

где  - продолжительность рабочего периода;

 - продолжительность всего цикла, включая паузу

=30

Если ПВ>80%, то режим работы S1 - продолжительный, с переменной нагрузкой, если 15%<ПВ<60%, то режим работы S3 - повторно - кратковременный. Т.к. у нас ПВ=34.3%, то выбираем режим работы двигателя S3.

ПВст = 40%

2.      Выбор мощности двигателя для продолжительного режима работы с повторно-кратковременной нагрузкой (режим S3)

Мощность электродвигателя определяют по формуле:

где  - значения мощности и времени за цикл работы двигателя.

Электродвигатель нужного типа, исполнения и частоты вращения, рассчитанный на длительный режим, выбирается по значению полученной эквивалентной мощности в соответствии с условием .

3.      Проверка выбранного двигателя

Проверка двигателя на перегрузочную способность

Задаемся синхронной частотой вращения 1000 об/мин.

Выбираем двигатель

Таблица 2 - 4АС200L6У3

На перегрузочную способность выбранный двигатель проверяется по одной из формул:

,

где  - максимальное значение мощности или момента из нагрузочной диаграммы;

 - коэффициент допустимой перегрузки (из справочика).

 кВт

 кВт

,078

Т.к. условие выполнилось, оставляем данный двигатель.

Проверка двигателя на пусковые условия

Выбранный двигатель следует проверить на достаточность развиваемого им пускового момента. Эту проверку проводят, исходя из условия:

где λ - кратность пускового момента электродвигателя (из справочника);

 - пусковой момент электродвигателя (из справочника);

 - номинальный момент электродвигателя;

 - момент сопротивления на валу двигателя при пуске (и з разгрузочной диаграммы);

 - коэффициент запаса пускового момента (принимается равным 1,2 … 1,3).

Момент сопротивления на валу двигателя при пуске можно определить из нагрузочной диаграммы, как:

где  - значение мощности при пуске электродвигателя, кВт;

 - номинальная частота вращения двигателя (из справочника).

Условие выполнилось, следовательно, оставляем выбранный двигатель.

4.      Определение потребляемой мощности, потребляемого и пускового токов, номинального и пускового моментов по паспортным данным двигателя

Все перечисленные в заголовке параметры двигателя нетрудно определить, воспользовавшись выписанными из справочника техническими данными выбранного двигателя и приведенными ниже формулами.

где  - номинальный к.п.д. двигателя;

 - номинальная (полезная) мощность двигателя, кВт;

 - потребляемая мощность, кВт;

 - номинальное напряжение (380 В);

 - потребляемый двигателем ток при номинальной нагрузке, А;

 - номинальный коэффициент мощности;

 - номинальный момент, Н×м;

 - номинальная частота вращения,

5.      Расчет и построение механической характеристики двигателя

Вращающий момент связан со скольжением, так называемой формулой Клосса, которая в упрощенном виде имеет вид:

где  - критический (максимальный) вращающий момент, Н×м;

 - коэффициент допустимой перегрузки (из справочника);

 - критическое скольжение;

 - номинальное скольжение.

Зная значения  и, задаваясь значениями скольжения S в пределах его теоретических границ (от 0 до 1), определяем текущие значения вращающего момента М по формуле (10) и частоты вращения n двигателя по формуле:

Результаты расчётов приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Расчетные данные

Определяем Smin при Мmin = 435.97 Нм:

Принимаем с  Нм.

6.      Расшифровка марки двигателя

4АС200L6У3:

.        первая цифра 4 условного обозначения указывает порядковый номер серии;

.        следующая за цифрой буква А обозначает вид двигателя - асинхронный;

.        если за буквой А отсутствует буква Н то это означает, что двигатель является закрытым обдуваемым, Буква С обозначает двигатель с повышенным скольжением;

.        далее в обозначении указывается материал станины и щитов: отсутствие буквы означает, что станина и щиты выполнены из стали или чугуна;

.        три цифры (200) в обозначении указывают высоту оси вращения;

6.      L, стоящая после цифры, характеризует установочный размер по длине станины;

.        6-цифра означает число полюсов;

.        У3 указывает на климатическое исполнение (У) и категорию размещения (3).

Таблица 4 - Номинальные значения климатических факторов внешней среды

9.      Выбор специализированное условие исполнения двигателя

Условия: двигатель работает в среде паров агрессивной жидкости.

Т.к. двигатель работает в среде паров агрессивной жидкости, то выбираем химическое исполнение. Эти двигатели предназначены для работы в химически активной, невзрывоопасной среде с общей продолжительностью воздействия химически активных элементов не более 120 ч. Они выпускаются в диапазоне высот оси вращения 50-355 мм. Они имеют степень защиты IP 54, климатическое исполнение У, категорию размещения 3 и 5, обозначаются буквами «Х», после указания пар полюсов, т.е. 4АС200L6ХУ3.

Также двигатель работает в среде с повышенной температурой, следовательно, выбираем климатическое исполнение для холодного климата (ХЛ). 4АС200L6ХХЛ2

Таблица 5 - Номинальные значения климатических факторов внешней среды

Окончательно принимаем двигатель: 4АС200L6ХХЛ2

Исходя из данных условий, двигателю подходит степень защиты IP 54 (для двигателей специализированных исполнений (пылезащищенное исполнение)).

Данная степень защиты обеспечит:

полную защиту от вредных отложений пыли внутри машины;

 полную защиту персонала от соприкосновения с вращающимися и токоведущими частями внутри машины.

В зависимости от степени защиты выбираем способ охлаждения ICO141 по ГОСТ 20459 - (75) - двигатель обдуваемый наружным вентилятором, расположенном на валу машины.

10. Анализ механической характеристики

Точка 0 - режим идеального холостого хода. (n=0)

При номинальном скольжении  машина развивает номинальный момент (точка 1).

Критическому скольжению  соответствует критический момент (точка 2), который называется максимальным .

соответствует момент, который называется минимальным .

Скольжение , это соответствует пусковому моменту  Нм (точка 1).

Участок характеристики 0-1 называется рабочей характеристикой двигателя.

Участок 3-2 это перегрузочная характеристика двигателя, но весь участок от 0-2 - устойчивая работы двигателя.

Участок 2-4 - неустойчивая работа двигателя.

Список используемой литературы

1. Учебно-методическое пособие к выполнению РГР «Расчет и выбор мощности электродвигателя. Построение и анализ его механических характеристик» Для студентов специальности 151000 «Технологические машины и оборудования» // Брянская государственная инженерно-технологическая академия, состав Ушев Н.И., Жданова Л.С. Брянск 2011. - 37 стр.