Расчет энергетических параметров электропривода с асинхронными электродвигателями

Введение

Курс «Приемники и потребители электрической энергии» предусмотрен учебным планом специальности 140211 «Электроснабжение».

Основными потребителям электрической энергии являются асинхронные электродвигатели, которые потребляют до 70 % всей вырабатываемой электрической энергии. Поэтому при изучении 1 части курса основное внимание уделяется асинхронным электродвигателям.

Курс базируется и тесно связан с математикой, физикой, теоретической и технической механикой, теоретическими основами электротехники.

Задача курса - дать студентам необходимые знания по энергетическим характеристикам  электродвигателей в том числе и энергоэффективных, их влиянию на сети электроснабжения, расчету статических и динамических нагрузок типовых электроприводов, по выбору мощности и типа электродвигателя, построению нагрузочных диаграмм механизма и электродвигателя, а так же по проверке выбранного электродвигателя по нагреву, пуску и перегрузочной способности.

Для закрепления лекционного материала студентам предлагается выполнить 5 лабораторных работ, которые дополняют лекционный материал по энергетическим хапактеристикам наиболее распространенных асинхронных электродвигателей.  

 

1. Общие методические указания к оформлению лабораторных работ

 

В указаниях приведены конкретные примеры расчета энергетических характеристик асинхронных электродвигателей [11], изучив которые студенты смогут самостоятельно выполнить лабораторные работы 1, 2 и 5. Для лабораторных работ 3 и 4 излагается в общем виде порядок выбора асинхронного двигателя  для крановых механизмов, даны примеры построения нагрузочных диаграмм и последовательность проверки предварительно выбранного двигателя по нагреву, пуску и перегрузочной способности.

При выполнении лабораторных работ должны быть соблюдены следующие обязательные условия:

1) варианты задач определяет преподаватель;

2) текстовой расчет и материал должен быть выполнен чернилами с оставлением полей и с кратким пояснением к применяемым формулам;

3) графические построения должны быть сделаны на миллиметровой бумаге с указанием масштабов;

Арифметическая правильность вычислений является обязательным условием защиты контрольной работы.

 

Лабораторная работа № 1 (4 часа)

Расчет энергетических параметров электропривода с асинхронными электродвигателями

Задание для лабораторной работы:

1. Определить постоянные (ΔP_пост), переменные (ΔP_пер), и полные (ΔP_дв) потери асинхронного двигателя, а также, потребляемую активную (P), реактивную (Q) и полную (S) мощность, потребляемый ток (I), коэффициент мощности (cos ), коэффициент нагрузки (tg ) и коэффициент полезного действия(  при работе электродвигателя с загрузкой ()100%: 50, 70, 100, 125 %.

Построить зависимости: = f ( ), cos  = f ( ), tg  =().

 

2. Оценить возможность использования асинхронного двигателя при работе с загрузкой: 50, 70, 100, 125 % в нерегулируемом электроприводе с силовым трансформатором, полная номинальная мощность которого 69,5 кВА, номинальное напряжение первичной обмотки 6 кВ, вторичной 0,4 кВ, потери холостого хода 600 Вт, потери короткого замыкания 1200 Вт, коэффициент мощности трансформатора 0,85, схема соединения обмоток «звезда – звезда».

Определить коэффициент полезного действия нерегулируемого привода(  для номинальной загрузки двигателя. Расчетная схема электропривода приведена на рис.1.

Варианты исходных данных для лабораторной работы представленны в

таблице 1

Таблица1

 

Исходные данные для выполнения лабораторной работы N 3

 

 

Рис. 1. Расчетная схема электропривод

Задание по лабораторным работам № 3 и 4

Для кранового механизма с заданными техническими показателями (см. приложение 1), тахограммой w(t) и нагрузочной диаграммой (см. рис.1а) выбрать электродвигатель из приложения 2, построить нагрузочную диаграмму двигателя M(t), проверить его по нагреву, пуску и перегрузочной способности. Для всех крановых механизмов торможение двигателя осуществляется отключением его от сети и накладыванием механического тормоза. При расчетах электропривода подъема груза принять t_П1 = t_П2; t_О1 = t_О2; w_l = w₂. Время торможения t_Tl и t_T2 определить после выбора электромагнитного тормоза с учетом его тормозного момента. Для механизмов передвижения принять t_П1 = t_П2 = t_Tl = t_T2; t_О1 = t_О2; w_l = w₂.

 

Рис.1.Тахограмма и нагрузочная диаграмма

а) механизма подъема груза; б) механизмов передвижения тележки и моста крана.

 

Рис.2 Кинематические схемы крановых механизмов

а) механизма подъема; б) механизма передвижения.

Уточняем время торможения.

 

с	(подъем груза),
с	(спуск груза),

где  – тормозной момент электромагнитного тормоза;

 - суммарный приведенный момент инерции электропривода механизма подъема груза.

3.1.8. Рассчитываем нагрузочную диаграмму двигателя используя заданную нагрузочную диаграмму механизма подъема груза  (рис.1а) и паспортные данные выбранного двигателя.

 

с,

где  - смотри п.3.1.2.;

h – число циклов в час (см.приложение 1);

ПВ_мех – продолжительность включения механизма % (см.приложение 1).

 

с,

где  - для механизма подъема груза это время пуска электродвигателя механизма соответственно при подъеме и спуске груза, для механизмов перемещения тележки и моста крана это время пуска электродвигателя соответственно с грузом и без груза с;

V_H – скорость спуска и подъема груза или скорость перемещения тележки и моста крана с грузом и без груза м/с (см.приложение 1);

а – требуемое ускорение, м/с² (см.приложение 1).

 - время цикла работы электропривода с.

 - суммарное время пауз электропривода с.

 - по условию задачи.

с
с

где  - для механизма подъема груза это время установившегося движения электропривода соответственно при подъеме и спуске груза, для механизмов перемещения тележки и моста крана это время установившегося движения электропривода соответственно с грузом и без груза.

Уточняем фактическое значение продолжительности включения электродвигателя с учетом времени его работы за цикл .

,

где -    с,

Вычисляем динамические моменты при пуске электродвигателя на подъем и спуск груза.

,

где  - динамические моменты при пуске электродвигателя соответственно на подъеме и спуск груза;

с -  время пуска электродвигателя;

 - суммарный приведенный момент инерции электропривода механизма (см. п.3.1.7.).

 

3.1.9. Используя рассчитанные величины в п. 3.1.8 строим в масштабе на миллиметровой бумаге нагрузочную диаграмму электродвигателя M (t) механизма подъема груза (см.рис.3) совместно с заданной тахограммой  и нагрузочной диаграммой механизма М_С(t).

Рис. 3 Нагрузочная диаграмма электродвигателя подъема груза

3.1.10. Проверяем предварительно выбранный электродвигатель по нагреву.

 

Рассчитываем эквивалентный момент электродвигателя при фактической продолжительности включения ПВ_ф.

 

,

 

Выполняем приведение  к паспортному значению продолжительности включения ПВ% выбранного двигателя

 

 

Сравниваем  с номинальным моментом М_Н выбранного двигателя.

Если  – электродвигатель не будет перегреваться

Если это условие не выполняется, то выбранный двигатель в процессе работы будет перегреваться. Надо выбрать более мощный двигатель и повторить все расчеты начиная с п.3.1.6.

 

Исходные данные к лабораторным работам № 3 и 4

Приложение 1

Введение

Курс «Приемники и потребители электрической энергии» предусмотрен учебным планом специальности 140211 «Электроснабжение».

Основными потребителям электрической энергии являются асинхронные электродвигатели, которые потребляют до 70 % всей вырабатываемой электрической энергии. Поэтому при изучении 1 части курса основное внимание уделяется асинхронным электродвигателям.

Курс базируется и тесно связан с математикой, физикой, теоретической и технической механикой, теоретическими основами электротехники.

Задача курса - дать студентам необходимые знания по энергетическим характеристикам  электродвигателей в том числе и энергоэффективных, их влиянию на сети электроснабжения, расчету статических и динамических нагрузок типовых электроприводов, по выбору мощности и типа электродвигателя, построению нагрузочных диаграмм механизма и электродвигателя, а так же по проверке выбранного электродвигателя по нагреву, пуску и перегрузочной способности.

Для закрепления лекционного материала студентам предлагается выполнить 5 лабораторных работ, которые дополняют лекционный материал по энергетическим хапактеристикам наиболее распространенных асинхронных электродвигателей.  

 

1. Общие методические указания к оформлению лабораторных работ

 

В указаниях приведены конкретные примеры расчета энергетических характеристик асинхронных электродвигателей [11], изучив которые студенты смогут самостоятельно выполнить лабораторные работы 1, 2 и 5. Для лабораторных работ 3 и 4 излагается в общем виде порядок выбора асинхронного двигателя  для крановых механизмов, даны примеры построения нагрузочных диаграмм и последовательность проверки предварительно выбранного двигателя по нагреву, пуску и перегрузочной способности.

При выполнении лабораторных работ должны быть соблюдены следующие обязательные условия:

1) варианты задач определяет преподаватель;

2) текстовой расчет и материал должен быть выполнен чернилами с оставлением полей и с кратким пояснением к применяемым формулам;

3) графические построения должны быть сделаны на миллиметровой бумаге с указанием масштабов;

Арифметическая правильность вычислений является обязательным условием защиты контрольной работы.

 

Лабораторная работа № 1 (4 часа)

Расчет энергетических параметров электропривода с асинхронными электродвигателями

Задание для лабораторной работы:

1. Определить постоянные (ΔP_пост), переменные (ΔP_пер), и полные (ΔP_дв) потери асинхронного двигателя, а также, потребляемую активную (P), реактивную (Q) и полную (S) мощность, потребляемый ток (I), коэффициент мощности (cos ), коэффициент нагрузки (tg ) и коэффициент полезного действия(  при работе электродвигателя с загрузкой ()100%: 50, 70, 100, 125 %.

Построить зависимости: = f ( ), cos  = f ( ), tg  =().

 

2. Оценить возможность использования асинхронного двигателя при работе с загрузкой: 50, 70, 100, 125 % в нерегулируемом электроприводе с силовым трансформатором, полная номинальная мощность которого 69,5 кВА, номинальное напряжение первичной обмотки 6 кВ, вторичной 0,4 кВ, потери холостого хода 600 Вт, потери короткого замыкания 1200 Вт, коэффициент мощности трансформатора 0,85, схема соединения обмоток «звезда – звезда».

Определить коэффициент полезного действия нерегулируемого привода(  для номинальной загрузки двигателя. Расчетная схема электропривода приведена на рис.1.

Варианты исходных данных для лабораторной работы представленны в

таблице 1

Таблица1

 

Исходные данные для выполнения лабораторной работы N 3

 

 

Рис. 1. Расчетная схема электропривод