Асинхронные двигатели в системах электропривода

                            Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего            профессионального образования

Омский Государственный Университет Путей Сообщения

(ОмГУПС)

 

                            Кафедра «Электромашины и общая электротехника»

 

 

                                                          Курсовая работа

по теме:

«Асинхронные двигатели в системах электропривода»

 

Вариант 33

 

 

 

                                                                                                  Выполнил: ст. гр. 35Ж

                                                                              ________Д.И. Борисов

                                                                                «___»_____________2007      

                                                                                

                                                                                 Проверил:

                                                                             доцент кафедры «ЭМиОЭ» __________Ю. Л. Иванилов

                                                                               «___»_______________2007

 

 

 

Омск 2007

УДК 621.313.33(075.8)

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовая работа содержит 37 страниц, 7 рисунков, 5 источников.

Асинхронный двигатель, мощность, нагрузка, электродвигатель, фазный ротор, короткозамкнутый ротор, скольжение, КПД, обмотка, статор, напряжение, механические характеристики, пусковой реостат, пусковая диаграмма, ток ротора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………...	4
1. Задания…………………………………………………………………….	6
2. Параметры задания………………………………………………………     3. Расчет эквивалентной мощности и выбор АД…………………………	6 7
4. Проверка выбранного двигателя по нагреву…………………………..	8
5. Проверка на перегрузку при снижении напряжения………………….	10
6. Расчет теплового состояния АД…………………………………………	11
7. Расчет механических характеристик……………………………………	16
8. Расчет резисторов пускового реостата………………………………... 9. Расчет электрических потерь  при пуске двигателя……………………	23 25
10. Управление пуском АД с короткозамкнутым ротором………………	28
11. Управление пуском АД с фазным ротором в функции времени…….	30
12. Управление реверсом АД с короткозамкнутым ротором…………… Заключение……………………………………………………………………	32 35
Библиографический список…………………………………………………...	37

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Асинхронные двигатели (АД) широко используются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности в эксплуатации и сравнительно низкой себестоимости.

Наиболее простыми в отношении устройства и управления, надежными в эксплуатации являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, имеющие наименьшую массу, габариты и стоимость при определенной мощности. Их масса на единицу мощности в 1,5 – 2,0 раза ниже, чем у машин постоянного тока. Чаще всего асинхронные двигатели применяются при невысокой частоте включений, когда не регулируют частоту вращения или возможно ступенчатое его регулирование.

В установках, где требуется регулирование частоты вращения в относительно небольших пределах, необходимы плавный пуск, хорошие тормозные качества, ограничение токов в переходных процессах и т. д., находят широкое применение асинхронные двигатели с фазным ротором. Характерной особенностью этих двигателей является возможность уменьшения с помощью реостатов их пусковых токов при одновременном увеличении пусковых моментов.

         Управление электроприводом заключается в осуществлении пуска, регулировании скорости, торможения, реверсирования, а также в поддержании режима работы привода в соответствии с требованиями к технологическому процессу.

Современные регулируемые электроприводы для автоматических линий и механизмов обычно строятся с применением релейно-контакторной аппаратуры, на которую возлагаются функции включения питания (подсоединения к сети) силовых блоков и блоков управления, защиты и ввода первоначальных и конечных команд в систему управления приводом, однако наряду с электроприводами, выполняющими сложные функции, в ряде случаев содержащими микропроцессоры или программные устройства управления, существует большое количество электроприводов, на которые возлагаются относительно простые функции. Это обычно нерегулируемые или регулируемые ступенчато в небольшом диапазоне электроприводы с невысоким быстродействием. В задачу систем управления такими электроприводами чаще всего входит организация пуска, торможения, перехода с одной ступени скорости на другую, реверса и осуществление этих операций в определенной последовательности во времени или по командам от рабочей машины, завершившей очередную технологическую операцию. Причем необязательно, чтобы система управления выполняла все эти функции (набор функций зависит от требований к приводу).

Автоматизация упрощает обслуживание механизмов, дает возможность осуществлять дистанционное управление электроприводами там, где нельзя непосредственно управлять двигателями по условиям территориального расположения машин или в связи с особенностями технологического процесса.

Для автоматического управления электроприводами применяются различные аппараты: контакторы, автоматы, регуляторы, реле, кнопочные станции, путевые выключатели, бесконтактные логические элементы, а также разного рода вспомогательные электрические аппараты и машины.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Задание

 

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

Рассчитать сопротивление секций пускового резистора и потери электрической энергии при реостатном и прямом пуске.

Начертить и изучить схемы управления пуском и реверсом асинхронных двигателей.

 

2. Параметры  задания

 

Мощности на ступенях нагрузки, кВт,

Р1 = 13; Р2 = 6;  Р3 = 10; Р4 = 5;

 

длительность каждой ступени нагрузки, мин,

t1 = 13; t2 = 8; t3 = 9; t4 = 11; t5 = 4;

 

синхронная частота вращения АД – 1000 об/мин. Требуемое снижение частоты вращения на реостатной характеристике ∆n = 4,8 %.

 

Рисунок 2.1 -  Нагрузочная диаграмма.

 

Pi, ti – соответственно мощность и продолжительность нагрузки каждой i-й                  ступени графика, включая паузу.

 

3. Расчет эквивалентной мощности и выбор АД

 

Эквивалентная мощность по формуле (3.1), кВт,

 

                                                                                             (3.1)

 

 

 

По каталогу выбираем двигатель 4АНК180М6УЗ, имеющий следующие параметры:

– номинальная мощность	Рн = 10 кВт;
– номинальное скольжение	sн = 4,5 %;
– КПД в номинальном режиме	ηн = 84,5 %;
– кратность максимального момента	Kм = 3,8;
– напряжение ротора	Uр = 310 В;
– ток ротора	Iр = 20 А;
– постоянная времени нагрева	Tн = 12 мин;
– суммарный момент инерции,    приведенный к валу двигателя,	Jq = 24 кг·м2

 

Характеристика двигателя 4АК160М6УЗ: двигатель серии 4А с фазным ротором; исполнение по способу защиты – IP23; станины и щиты – чугунные; высота оси вращения – 160 мм; число полюсов – 6; климатическое      исполнение – УЗ.

 

4. Проверка выбранного двигателя по нагреву

 

Потери в номинальном режиме определяем по формуле (4.1), кВт,

 

                                                (4.1)

 

                                     

 

Потери х.х. рассчитываем по соотношению (4.2), кВт,

          

                                                                   (4.2)

 

                                         P0 = 0,35 · 1,8 = 0,63.

 

Потери в обмотках при номинальной нагрузке (4.3), кВт,

 

                                                                                         (4.3)

Pм = 0,65 · 1,8 = 1,17.

 

Коэффициенты нагрузки по ступеням графика вычисляем по         формуле (4.4)

 

                                                                                                        (4.4)

 

 

 

 

 

Потери на каждой ступени графика нагрузки определяем по          формуле (4.5), кВт,

 

                                                                                           (4.5)

 

                                             

                                 

                                     

                                  

     

 

 

Средние потери за цикл рассчитываем по формуле (4.6), кВт,

 

                                                                                             (4.6)

 

 

 

 

Проверка выбранного двигателя по нагреву заключается в проверке условия:

 

                                  ∆Pср ≤ ∆Pн.                                                  (4.7)

 

Условие (4.7) выполняется: 1,581 кВт < 3 кВт.

 

5. Проверка  на перегрузку при снижении  напряжения

 

В заводских силовых электрических цепях допускается снижение напряжения на 10 %. Естественно, что при таком снижении напряжения оборудование не должно терять работоспособности. В то же время известно, что момент на валу асинхронных двигателей снижается пропорционально квадрату напряжения, поэтому выбранный двигатель должен быть проверен на перегрузочную способность при понижении напряжения. Иногда может быть и большее понижение напряжения (это должно быть оговорено в задании).

Проверка сводится к проверке условия, что максимальный момент двигателя при снижении напряжения будет не меньше момента сопротивления на валу. Это условие может быть записано в виде:

 

                                                                                   (5.1)

 

где:   Pmax – максимальная мощность по нагрузочной диаграмме, кВт;

         ∆U – заданное снижение напряжения, %;

        Kм – кратность максимального момента (коэффициент перегрузочной             способности) по каталогу,

 

Условие (5.1) при снижении напряжения на 10 % выполняется:

 

   ;       

 

       1,3 < 3,078.

 

следовательно, двигатель сохраняет работоспособность при понижении напряжения в цеховой сети.

Таким образом, выбранный двигатель удовлетворяет всем принятым условиям.

 

6. Расчет теплового состояния АД

 

Для выполнения данного раздела необходимо, прежде всего найти установившееся превышение температуры по формуле (6.1), соответствующее нагрузке на каждой ступени графика, °С:

 

                                   (6.1)

 

где:   τнач – начальное превышение температуры машины;

         τу – установившееся превышение температуры;

         Tн – постоянная времени нагревания.

Если принять установившееся превышение температуры в номинальном режиме равным допустимому для данного класса термостойкости изоляции, то для любого иного режима

                                               (6.2)

 

где: ∆Pi – потери на i-й ступени нагрузки (4.5)

       τдоп – допустимое превышение температуры, в данном случае τдоп =                   80°С.

 

 

 

 

 

 

 

Реальное превышение температуры, °С, определяем по уравнению (6.3):

в течение первого цикла:

                                 (6.3)

где:  τнач – начальное превышение температуры машины;

  τу – установившееся превышение температуры;

  Tн – постоянная времени нагревания.

 

 

 

 

 

 

        второго:

 

 

 

 

 

 

третьего:

 

 

 

 

 

 

 

       

 

            четвёртого:

 

 

 

 

 

 

 Как видно, превышение температуры после третьего цикла остается практически неизменным, т. е. тепловой режим двигателя достиг установившегося состояния. Кривая нагрева показана на рис. 6.1, где пунктиром нанесена обобщенная кривая нагрева, рассчитанная по средним потерям при   τнач = 0 °С, в данном примере – по формуле (6.4), °С:

 

                            (6.4)