МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ «КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ імені ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО» Кафедра теоретичної електротехніки РОЗРАХУНКОВА РОБОТА З КРЕДИТНОГО МОДУЛЯ «ЕЛЕКТРОПРИВОД» Варіант 8 Перевірив: Виконав: доктор технічних наук, студент групи ЛА-п01 професор Островерхов М.Я. Федін В.М. Київ 2021 1 РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ ТА ВИБІР ДВИГУНА РОБОЧОЇ МАШИНИ Розрахувати потужність двигуна робочої машини з маховиком згідно даних табл. 1.1 та вибрати асинхронну електричну машину з табл. 1.2. Представити кінематичну схему робочої машини. Розрахувати момент інерції маховика робочої машини. Дано:Аоп = 46086 Дж – повна робота операції машини, Ахх = 20116 Дж – робота холостого ходу, і = 32,56 – коефіцієнт передачі кінематичного ланцюга, η = 0,85 – ККД кінематичного ланцюга, число ходів = 44. Розв’язок: середній момент навантаження: Середня швидкість головного валу: Розрахункова потужність електродвигуна: Частота обертання електродвигуна: об/хв; З довідника вибирається асинхронний електродвигун найближчої більшої потужності з наступними основними паспортними даними: Рн=75 кВт – номінальна потужність; nс=1500 об/хв – синхронна частота обертання; sн=4,5 – номінальне ковзання. Раціональне значення нерівномірності ходу головного валу: ; Електричний двигун головного електропривода робочої машини з маховиком, яка використовується в даній розрахунковій роботі, працює в режимі S1. Спрощена кінематична схема машини складається з повзуна 1, кривошипно-шатунної передачі 2, головного валу 3, маховика 4, ремінної передачі 5 та електродвигуна 6 (рис. 1.1). ЛА-п01 Федін Рисунок 1.1 – Кінематична схема робочої машини Момент інерції маховика: 2 РОЗРАХУНОК ТА ПОБУДОВА ПРИРОДНОЇ МЕХАНІЧНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ Розрахувати й побудувати в І-му квадранті природну механічну характеристику вибраного асинхронного двигуна в координатах ω=f(M) та s=f(M) за даними табл. 1.2. Дано:Рн= 75 кВт – потужність, fн = 50 Гц – частота напруги, U1н = 380 В- напруга статора, ККД-90%, Cos φ= 0,88, Е2н= 180 В – ЕРС ротора, I2н = 250 А- струм ротора , R1=0,0149 Ом – активний електричний опір обмотки статора; х1=0,1962 Ом – індуктивний електричний опір обмотки статора; R2=0,0187 Ом – активний електричний опір обмотки ротора; х2=0,0439 Ом – індуктивний електричний опір обмотки статора; р=2 – кількість пар полюсів; схема з’єднання обмотки статора – „зірка”. Розв’язок: Розрахунок механічних характеристик двигуна у форматі ω=f(M) чи s=f(M) здійснюється за формулою Клосса: і залежністю швидкості двигуна від ковзання: . Спочатку обчислюються параметри цих формул для природної характеристики. Синхронна швидкість двигуна дорівнює: Обчислюємо коефіцієнт трансформації: Приведений активний електричний опір обмотки ротора: Ом; Приведений індуктивний електричний опір обмотки ротора: Ом; Сумарний індуктивний опір обмоток двигуна: Ом; Критичне ковзання для І-го квадранту береться із знаком „+”: Критичний момент для І-го квадранту також береться із знаком „+”. Крім того, при з’єднанні обмотки статора в схему „зірка” фазна напруга дорівнює: Номінальне ковзання двигуна: Номінальна частота обертання: Номінальна кутова швидкість двигуна: Після проведених обчислень формула Клосса для знаходження моменту двигуна приймає такий вигляд: а залежність для визначення швидкості двигуна наступна: Для обчислення природної механічної характеристики у І-му квадранті задаються значеннями ковзання в межах від s=0 до s=1 та за формулами (2.1), (2.2) знаходяться момент і швидкість двигуна. Для зручності результати обчислень розміщуються у наступній табл. 2.1 Таблиця 2.1 Момент і швидкість двигуна для природної механічної характеристики
Рисунок 2.1 − Природна механічна характеристика асинхронного двигуна в координатах ω=f(M) Рисунок 2.2 − Природна механічна характеристика асинхронного двигуна в координатах s=f(M) 3 РОЗРАХУНОК ТА ПОБУДОВА ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ЗМІНІ НАПРУГИ СТАТОРА Розрахувати для І-го квадранту та побудувати разом із природною характеристикою штучні механічні характеристики ω =f(M) та s=f(M) при зміні напруги статора U1 відповідно до даних табл. 1.3. Дано:Рн= 75 кВт – потужність, fн = 50 Гц – частота напруги, U1н = 380 В- напруга статора, ККД-90%, Cos φ= 0,88, Е2н= 180 В – ЕРС ротора, I2н = 250 А- струм ротора , R1=0,0149 Ом – активний електричний опір обмотки статора; х1=0,1962 Ом – індуктивний електричний опір обмотки статора; R2=0,0187 Ом – активний електричний опір обмотки ротора; х2=0,0439 Ом – індуктивний електричний опір обмотки статора; р=2 – кількість пар полюсів; схема з’єднання обмотки статора – „зірка”. U1= 0,925*U1н та U1= 0,825*U1н - напруга статора. Розв’язок: для обчислення штучних механічних характеристик розраховуються заново тільки ті аргументи формули Клосса і швидкості, що залежать від змінених параметрів двигуна. Всі інші аргументи, що не змінюються, беруться із розрахунків для природної характеристики. Для обчислення першої штучної механічної характеристики при зменшенні напруги статора до рівня U1=0,925U1н і U1=0,825U1н розраховується заново критичний момент, бо тільки він залежить від напруги. Для U1 = 0,925*U1н: Після цього формула Клосса приймає наступний вигляд: Залежність для визначення швидкості двигуна залишається незмінною. Таблиця 3.1 Момент і швидкість двигуна для штучної механічної характеристики
Для U1 = 0,825*U1н: Після цього формула Клосса приймає наступний вигляд: Залежність для визначення швидкості двигуна залишається незмінною. Таблиця 3.2 Момент і швидкість двигуна для штучної механічної характеристики
Рисунок 3.1 − Природна і штучна механічні характеристики асинхронного двигуна в координатах ω=f(M) Рисунок 3.2 − Природна і штучна механічні характеристики асинхронного двигуна в координатах s=f(M) 4 РОЗРАХУНОК ТА ПОБУДОВА ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ОДНОЧАСНІЙ ЗМІНІ НАПРУГИ СТАТОРА ТА ЧАСТОТИ Розрахувати для І-го квадранту та побудувати разом із природною характеристикою штучні механічні характеристики ω=f(M) при зміні напруги статора одночасно із зміною частоти за законом керування U1/f1=const відповідно до даних табл. 1.3. Дано:Рн= 75 кВт – потужність, fн = 50 Гц – частота напруги, U1н = 380 В- напруга статора, ККД-90%, Cos φ= 0,88, Е2н= 180 В – ЕРС ротора, I2н = 250 А- струм ротора , R1=0,0149 Ом – активний електричний опір обмотки статора; х1=0,1962 Ом – індуктивний електричний опір обмотки статора; R2=0,0187 Ом – активний електричний опір обмотки ротора; х2=0,0439 Ом – індуктивний електричний опір обмотки статора; р=2 – кількість пар полюсів; схема з’єднання обмотки статора – „зірка”. U1= 0,925*U1н та U1= 0,825*U1н - напруга статора. Розв’язок: Для обчислення штучної механічної характеристики при зменшенні напруги статора до рівня U1=0,925U1н і U1=0,825U1ні частоти за співвідношенням U1/f1= U1н/f1нрозраховуються заново ті параметри, які залежать від напруги та частоти. Для U1 = 0,925*U1н: Нове значення частоти напруги статора знаходиться із заданого співвідношення: Нове значення синхронної швидкості двигуна дорівнює: Сумарний індуктивний опір обмоток двигуна також залежить від частоти і його нове значення знаходиться на основі пропорції із відомим значенням для природної характеристики xkп=0,3718 Ом: Нове значення критичного ковзання становить: Нове значення критичного моменту дорівнює: Після цього залежність для визначення швидкості двигуна приймає такий вигляд: а формула Клосса наступний: Таблиця 4.1 Момент і швидкість двигуна для штучної механічної характеристики
Для U1 = 0,825*U1н: Нове значення частоти напруги статора знаходиться із заданого співвідношення: Нове значення синхронної швидкості двигуна дорівнює: Сумарний індуктивний опір обмоток двигуна також залежить від частоти і його нове значення знаходиться на основі пропорції із відомим значенням для природної характеристики xkп=0,3718 Ом: Нове значення критичного ковзання становить: Нове значення критичного моменту дорівнює: Після цього залежність для визначення швидкості двигуна приймає такий вигляд: а формула Клосса наступний: Таблиця 4.2 Момент і швидкість двигуна для штучної механічної характеристики
Рисунок 4.1 − Природна і штучна механічні характеристики асинхронного двигуна в координатах ω=f(M) Рисунок 4.2 − Природна і штучна механічні характеристики асинхронного двигуна в координатах s=f(M) 5 РОЗРАХУНОК ТА ПОБУДОВА ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ЗМІНІ ЕЛЕКТИЧНОГО ОПОРУ КОЛА РОТОРА, ШЛЯХОМ ПІДКЛЮЧЕННЯ ДОДАТКОВОГО РЕЗИСТОРА Розрахувати для І-го квадранту та побудувати разом із природною характеристикою штучні механічні характеристики ω =f(M) та s=f(M) при зміні електричного опору кола ротора відповідно до даних табл. 1.3. Дано:Рн= 75 кВт – потужність, fн = 50 Гц – частота напруги, U1н = 380 В- напруга статора, ККД-90%, Cos φ= 0,88, Е2н= 180 В – ЕРС ротора, I2н = 250 А- струм ротора , R1=0,0149 Ом – активний електричний опір обмотки статора; х1=0,1962 Ом – індуктивний електричний опір обмотки статора; R2=0,0187 Ом – активний електричний опір обмотки ротора; х2=0,0439 Ом – індуктивний електричний опір обмотки статора; р=2 – кількість пар полюсів; схема з’єднання обмотки статора – „зірка”. 0,017*Rн, 0,037*Rн Розв’язок: Для обчислення третьої штучної механічної характеристики при введенні в коло ротора додаткового реостата з електричним опором Rд=0,017Rн і Rд=0,037Rн розраховується заново критичне ковзання, бо тільки воно залежить від цього опору. Номінальний електричний опір асинхронного двигуна: Для Rд=0,017Rн: Приведений електричний опір додаткового резистора: Нове значення критичного ковзання становить: Після цього формула Клосса приймає наступний вигляд: Залежність для визначення швидкості двигуна залишається незмінною. Таблиця 5.1 Момент і швидкість двигуна для штучної механічної характеристики
Для Rд=0,037Rн: Приведений електричний опір додаткового резистора: Нове значення критичного ковзання становить: Після цього формула Клосса приймає наступний вигляд: Залежність для визначення швидкості двигуна залишається незмінною. Таблиця 5.2 Момент і швидкість двигуна для штучної механічної характеристики
Рисунок 5.1 − Природна і штучна механічні характеристики асинхронного двигуна в координатах ω=f(M) Рисунок 5.2 − Природна і штучна механічні характеристики асинхронного двигуна в координатах s=f(М) ВИСНОВКИ У першому розділі середній момент навантаження становить Нм, розрахункова потужність двигуна Вт; момент інерції маховика У другому розділі синхронна швидкість двигуна дорівнює рад/с, критичне ковзання ; критичний момент Нм. У третьому розділі на першій штучній характеристиці змінювалася напругу статора і в результаті виявилося, що критичний і пусковий моменти зменшуються. Критичний момент зменшився від Нм до Нм та Нм відповідно. Залежність для визначення швидкості двигуна залишається незмінною. Критичне ковзання не змінилося. У четвертому розділі для обчислення штучної механічної характеристики при зменшенні напруги статора до рівня U1= 0,925*U1н та U1= 0,825*U1н і частоти за співвідношенням U1/f1= U1н/f1н розраховуються заново ті параметри, які залежать від напруги та частоти. Для U1= 0,925*U1н критичне ковзання , критичний момент Нм, синхронна швидкість рад/с. Для U1= 0,825*U1н нове критичне ковзання , критичний момент Нм та синхронна швидкість рад/с. У п’ятому розділі для обчислення штучної механічної характеристики при введенні в коло ротора додаткового реостата з електричним опором 0,017*Rн, 0,037*Rнрозраховується заново критичне ковзання, бо тільки воно залежить від цього опору. Критичне ковзання змінилося від до та 0,36 відповідно. Номінальний електричний опір асинхронного двигуна Ом. |