Глухівський агротехнічний інститут ім. С. А. Ковпака снау

 

Електропривод сільськогосподарських машин

 

 

Робочий зошит для виконання практичних робіт

 

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

ПО ПІДГОТОВЦІ МОЛОДШИХ СПЕЦІАЛІСТІВ

ІЗ СПЕЦІАЛЬНОСТІ 5.10010102

“Монтаж, обслуговування та ремонт електротехнічних установок в АПК”

 

 

2013

 

 

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ ТА ПРОДОВОЛЬСТВА УКРАЇНИ

Глухівський агротехнічний інститут імені С.А. Ковпака СНАУ

 

 

Електропривід сільськогосподарських машин

 

 

Робочий зошит для виконання практичних робіт

 

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

ПО ПІДГОТОВЦІ МОЛОДШИХ СПЕЦІАЛІСТІВ

ІЗ СПЕЦІАЛЬНОСТІ 5.10010102

“Монтаж, обслуговування та ремонт електротехнічних установок в АПК”

 

 

Студент ____________________________________________________

(прізвище, ім`я, по батькові)

 

курс _______ група _________

 

варіант _________________

 

20___/20___ навчальний рік

 

 

Укладач: Манжара В.М. – спеціаліст вищої категорії, викладач - методист

 

Рецензенти: Снігир А.О. – спеціаліст вищої категорії викладач - методист Глухівського агротехнічного інституту ім.С.А. Ковпака СНАУ

 

 

 

Робочий зошит складено у відповідності з програмою дисципліни “Електропривод сільськогосподарських машин” затвердженою Навчально-методичним центром від 22 червня 2012 року і схвалено цикловою комісією спеціальних предметів факультету Електроенергетики АПВ та комп’ютерних технологій.

Робочий зошит призначений для оптимізації навчальної діяльності студентів.

Його застосування дає можливість студентам скоротити час оформлення звітів, більше уваги приділяти аналізу отриманих результатів, поглибленій роботі з спеціальною та довідниковою літературою, самоконтролю знань відповідного навчального матеріалу.

До виконання практичних робіт слід допускати тільки тих студентів, які засвоїли теоретичний матеріал.

Звіти виконані в робочому зошиті усно захищаються студентами, практичні навички оцінює викладач за чотирибальною системою.

 

 

© Манжара В.М., 2013

Зміст

Вступ ……………………………………………………………………………………….. 3

1. Практична робота №1 Розрахунок і побудова механічної характеристики робочої машини ……………………………………………………….. 5

2. Практична робота №2 Розрахунок і побудова механічної характеристики асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором за його паспортними даними ………………………………… 7

3. Практична робота №3 Розрахунок і побудова механічної характеристики електропривода та визначення його часу пуску …………….. 10

4. Практична робота №4 Визначення часу нагрівання електродвигуна ……………… 13

5. Практична робота №5 Розрахунок потужності і вибір електродвигуна при тривалому режимі роботи із змінним навантаженням ……………….. 15

6. Практична робота №6 Розрахунок потужності і вибір електродвигуна при короткочасному режимі роботи ……………………………. 17

7. Практична робота №7 Розрахунок потужності і вибір електродвигуна при повторно-короткочасному режимі роботи ……………………………. 22

8. Практична робота №8 та 9 Вибір апаратури керування і захисту …………………. 26

9. Практична робота №10 Розрахунок і вибір установки для водопостачання тваринницької ферми ……………………………………… 30

10. Практична робота №11 Розрахунок і вибір вентиляційної установки для тваринницької ферми ……………………………………… 31

11. Практична робота №12 Розрахунок і вибір транспортної установки для тваринницької ферми ……………………………………… 33

12. Індивідуальні завдання до виконання практичних робіт №1 і 3 …………………... 35

13. Індивідуальні завдання до виконання практичних робіт №2 і 4 ………………….. 36

14. Індивідуальні завдання до виконання практичної роботи №5 …………………….. 37

15. Індивідуальні завдання до виконання практичної роботи №6 …………………….. 38

16. Індивідуальні завдання до виконання практичної роботи №7 ……………………. 39

17. Індивідуальні завдання до виконання практичних робіт №8 і 9 ………………….. 40

18. Індивідуальні завдання до виконання практичної роботи №10 …………………… 41

19. Індивідуальні завдання до виконання практичної роботи №11 …………………… 42

20. Індивідуальні завдання до виконання практичної роботи №12 …………………… 43

Рекомендована література ……………………………………………………………….. 44

Практична робота №1

Тема: Розрахунок і побудова механічної характеристики робочої машини

Мета: Оволодіти навичками розрахунку і побудови механічної характеристики робочої машини, закріпити знання отримані під час вивчення теоретичного матеріалу.

Література: [1] с. 80,81; [2] с.8,9; [5] с.8…10.

Самостійна робота

Користуючись рекомендованою літературою вивчити методику проведення розрахунку і побудови механічної характеристики робочої машини, та відповісти на питання:

1. На скільки ідеалізованих груп поділяють всі виробничі машини та механізми в залежності від їх механічної характеристики? ___________________________

2. Якою механічною характеристикою володіють підйомні крани, стрічкові конвеєри, поршневі насоси, лебідки ___________________________________

Виконання роботи

1.Визначаємо номінальний момент статичного опору М_с.н. по формулі: М_с.н.=Р_м/ω_м,(1.1)

де Р_м - споживана потужність машини чи механізму, Вт;

ω_м - номінальна кутова швидкість приводного вала машини, с^-1.

 

М_с.н. = ________ / _______ = ________ Н·м

(отриманий результат записується до таблиці 1)

2.Визначаємо момент опору тертя М_о в рухомих частинах машини, який не залежить від швидкості ω, Н·м по формулі: М_о=к · М_с.н., (1.2)

де к-коефіцієнт, що характеризує відношення М_о/М_с.н. (довідникове значення)

Приймаємо к= ____ [5]

М_о = ______ · _______ = ______ H·м

(отриманий результат записується до таблиці 1)

3.Механічна характеристика робочих машин описується за такою емпіричною формулою:

М_с = М_о + (М_с.н. - М_о)·(ω / ω_м)^х, (1.3)

 

де М_с – поточні значення моментів статичних опорів, при кутовій швидкості ω, Н·м;

х – показник степеня, що характеризує зміну статичного моменту, при зміні кутової швидкості.

Для побудови механічної характеристики машини знаходимо кілька значень М_с.

Визначаємо значення моменту статичного опору М_с при значенні ω=0, аналогічно підраховуємо інші значення, результати заносимо в таблицю 1.

 

М_с = ____ + (_____ - ______) · (____ / _____) ^___ = _____ Н·м

Аналогічно розраховуємо інші значення, результати заносимо в таблицю 1.

Результати розрахунків. Таблиця 1

ω, с^-1	ω=0	0.1·ωм	0.2·ωм	0.3·ωм	0.4·ωм	0.5·ωм	0.6·ωм	0.7·ωм	0.8·ωм	0.9·ωм	ω =ωм
Мс, Н·м

Графік механічної характеристики М_с = ƒ (ω) робочої машини зображено на рис. 1.

 

Приймаємо значення масштабів: m _Мс = ____ Н·м/см

m _ω = _____c^-1/cм

	Мс, Н·м

 

ω, с^-1

Рис.1 Механічна характеристика робочої машини

Контрольні запитання:

1.Механічною характеристикою виробничого механізму чи машини називають __________________________________________________________________________

2.Якою характеристикою володіють стрічкові конвеєри? _________________________

__________________________________________________________________________

3.Чому дорівнює показник степеня, що характеризує зміну статичного моменту, при зміні кутової швидкості, для молочних сепараторів - ________

4.Яким аналітичним виразом записується механічна характеристика виробничого механізму чи машини _______________________________________________________

Оцінка ____________ Дата_____________ Викладач _____________

(підпис)

Практична робота №2

Тема: Розрахунок і побудова механічної характеристики асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором за його паспортними даними.

Мета: Оволодіти навичками розрахунку і побудови механічної характеристики асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором за його паспортними даними, закріпити знання отримані під час вивчення теоретичного матеріалу.

Література: [1] с.81,82, 97…102; [2] с.9...11, 32...38; [3]с.77...83; [4] с.74...77; [6] с. 8...10, 37...44; [10] с.66...68.

Самостійна робота

За рекомендованою літературою вивчити методику проведення розрахунку і побудови механічної характеристики асинхронного електродвигуна за його паспортними даними.

1.На скільки ідеалізованих груп поділяють всі електродвигуни в залежності від значення коефіцієнта жорсткості β? ____________________________________

2.Які існують характеристичні точки, що характеризують графік механічної характеристики асинхронного електродвигуна?____________________________

_____________________________________________________________________________________

Виконання роботи

1.Користуючись довідниковою літературою [3], [9], [10] записуємо паспортні дані заданого електродвигуна у табличному вигляді.

Паспортні дані електродвигуна типу ______________

Таблиця 2.1

Рн, кВт	nн, хв^-1	Iн, А	Iп/Iн	Ммакс/Мн	Мпуск/Мн	m, кг	Ј, кг·м^2 10^-3	η, від.од.

 

2. Визначаємо номінальний момент М_н (Н∙м), за формулою:

М_н = Р_н/ω_н (2.1)

де ω_н – номінальна кутова швидкість обертання ротора електродвигуна, с^-1;

n_н – номінальна частота обертання ротора електродвигуна, хв^-1.

 

ω_н = 0,105 · n_н, с^-1 (2.2)

 

ω_н = 0,105 · ____ = _____ с^-1

 

М_н = ______ / _____ = _______ Н∙м

 

3. Визначаємо номінальне ковзання за формулами:

 

S_н = (n_о – n_н) /n_о або S_н = (ω_o – ω_н) /ω_о (2.3)

 

де n_о – синхронна частота обертання ротора електродвигуна, хв^-1 (залежить від числа пар полюсів)

 

S_н = (____ - _____) / ___ = ___ = ___ %

 

4. Визначаємо критичний (максимальний) момент, Н∙м:

М_макс = К_Макс · М_н (2.4)

 

де К_макс – довідникове значення К_Макс = М_макс / М_н (див. пункт 1)

 

М_макс = ____ · _____ = _____ Н∙м

 

5. Критичне ковзання визначається за формулою:

(2.5)

 

 

6. Визначаємо пусковий момент електродвигуна, за такою формулою:

М_пуск = К_пуск · М_н (2.6)

де К_пуск – довідникове значення К= М_пуск/М_н, (див. пункт 1)

 

М_пуск = _____ · ______ = ______ Н∙м

 

7. За результатами розрахунків (пункти 2,3,4,5 і 6) отримуємо характеристичні точки графіка механічної характеристики електродвигуна з координатами: А (М_пуск; 1)

А (____; ____) В (М_макс; S_кр)

В (____; ____) С (М_н; S_н)

С (____; ____) D (0; 0)

Координати точок В і С не ввійшли до таблиці 2.2, але їх обов’язково необхідно використати при побудові графіка механічної характеристики.

8. Поточні значення моменту М_д електродвигуна, для побудови механічної характеристики, визначають за спрощеною формулою Клосса (в залежності від поточних значень ковзання S, від 0,9 до 0, з кроком 0,1):

(2.7)

 

Визначаємо значення моменту М електродвигуна для поточного значення S = 0,9

 

М _{д 0,9} = 2 · ____ /((0,9 / ___) + (___ / 0,9)) = _____ Н·м

 

 

Аналогічно розраховуємо інші значення моменту М_д, при інших значеннях ковзання S, результати заносимо в таблицю 2.2 рядок 1.

 

 

№ рядка

Значення

А

Q

W

E

R

T

Y

I

O

P

D

Мд, Н·м

S

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

ω, с^-1

n, хв^-1

таблиця 2.2 Результати розрахунків.

9. З метою реального уявлення значень S визначаємо відповідні значення кутової швидкості – ω, та частоти обертання - n, за формулами:

ω = ω_о · (1 - S), n = n_o · (1 - S) (2.8), (2.9)

ω = ___ · (1 - ___) = ___ с^-1; n = ___ · (1 - ___) = ___ хв^-1.

Результати розрахунків записуємо відповідно до 3 та 4 рядка таблиці 2.2

10. За результатами розрахунків (таблиця 2.2, та характеристичні точки В і С) будуємо графік механічної характеристики електродвигуна М_д = f (S), або М_д = f (ω) який зображено на рис.2.

^-1 , с^-1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Мд, Н·м

0 0 1

Рис.2 Механічна характеристика електродвигуна

Приймаємо значення масштабів: m _Мд = _____ Н·м/см

m _ω = _____c^-1/cм

m _s = _____ від. од./см

m _{n =} ______ хв^-1/см_{__}

 

Контрольні запитання:

1.Якою механічною характеристикою володіють асинхронні електродвигуни?________

2.Якими точками обмежено відрізок механічної характеристики, що характеризує стійкий режим роботи? (обґрунтуйте відповідь)_______________________________

3.Точка ідеального холостого ходу електродвигуна позначена буквою ___

4.Запишіть формулу для визначення поточних значень моменту електродвигуна

_________________________________________________________________________

5.Механічною характеристикою електродвигуна називають _______________________

__________________________________________________________________________

Оцінка ____________ Дата _____________ Викладач _____________

(підпис)

 

Практична робота №3

Тема: Розрахунок і побудова механічної характеристики електропривода та визначення його часу пуску

Мета: Оволодіти навичками розрахунку і побудови механічної характеристики електропривода та визначення його часу пуску, закріпити знання отримані під час вивчення теоретичного матеріалу.

Література: [1], с.106...116; [2], с.57...65.

Самостійна робота

Користуючись рекомендованою літературою вивчити методику проведення розрахунку і побудови механічної характеристики електропривода та визначення його часу пуску, і відповісти на запитання:

1.Якими методами можна визначити час пуску приводу?__________________________

__________________________________________________________________________

2.У якому випадку рух електроприводу прискорюється (обґрунтуйте)______________

__________________________________________________________________________

Виконання роботи

1. Зводимо поточні моменти статичного опору робочої машини до валу електродвигуна (при необхідності у разі наявності передаточного механізму) за формулою (для кожного значення ділянки):

(3.1) Н·м

Результати розрахунків записуємо до таблиці 3 рядок 3 (значення М_с і ω наведено в таблиці 1). Графік зведеної механічної характеристики М_сзв = f(ω) робочої машини зображаємо на рис. 3.1

2. Визначаємо динамічний момент на кожній ділянці за формулою:

(3.2)

Н·м

Від значень рядка 2 таблиці 3 віднімаємо відповідні значення рядка 3 цієї ж таблиці.

3. Аналогічно визначаємо інші значення, результати розрахунків заносимо в результуючу таблицю № 3 рядок 4.

таблиця №3.1 Результуюча таблиця

№ рядка

Параметри

Значення

ω, с^-1

Мд, Н∙м

Мс.зв, Н∙м

Мдин, Н∙м

4. За результатами розрахунків будуємо графік механічної характеристики електроприводу М_дин. = f(ω), який зображаємо на рис. 3.1

Приймаємо значення масштабів: m _М = _____ Н·м/см

m _ω = _____ c^-1/cм

ω, с^-1

 

 

М, Н·м

Рис. 3 Механічна характеристика електроприводу

5. Час пуску електродвигуна, на окремій ділянці, можна отримати з виразу:

t_п = ј_пр·∆ω / М_{дин.сер.},с (3.3)

де ј_п – момент інерції приводу, визначається по формулі - ј_пр = ј_м + ј_дв (3.4)

ј_пр = ____ + ____ = ________ кг·м²

∆ω – зміна кутової швидкості на кожній ділянці, визначається по формулі:

∆ω = ω_кін - ω_поч, с^-1; (3.5)

ω_поч ω_кін – початкове та кінцеве значення кутової швидкості на ділянці с^-1;

ј_м – момент інерції робочої машини (дано в завданні), кг·м²;

ј_дв – момент інерції електродвигуна (див. с.8), кг·м².

Для першої ділянки ω_поч = 0, ω_кін = __, с^-1 (наступне значення, після 0, рядка 3 таблиці 2.2), кінцеве значення першої ділянки одночасно є початковим для другої і т.д.

М_{дин.сер.} = (М_{дин.сер 1} + М_{дин.сер 2}) / 2 (3.6)

Як приклад наводимо розрахунок для першої ділянки:

∆ω = ___ - 0 = ___, с^-1

М_{дин.сер.1} = (___ + ___) / 2 = ___ Н · м

t_п1 = ___ · ___ / ___ = ___ с

Аналогічно визначаємо інші значення, результати розрахунків заносимо в таблицю 3.2, рядки 2 та 3. Перший рядок таблиці 5 отримали при попередніх розрахунках його значення відображено в таблиці 3.1 рядок 4.

таблиця № 3.2 Результуюча таблиця

№ рядка

ω, с^-1

Мдин, Н∙м

Мдинсер Н∙м

tпр, с

Розрахунки проводимо для кожної ділянки, результати заносимо до результуючої таблиці № 3.2

Час пуску привода визначаємо, як алгебраїчну суму на окремих ділянках

∑t_пр = t_пр1 + t_пр2 +........ t_пр9,с (3.7)

∑t_пр = ___ + ___ + ___ +___ + ___ + ___ + ___ + ___ + ___ = ___ с

За даними таблиці будуємо графік часу пуску t_п = f (ω) електропривода, який зображено на риc. 3.2.

Приймаємо значення масштабів: m _t = _____ с / см; m _ω = _____ c^-1/см.

ω, с^-1

 

t, с

Рис. 3.2 Графік часу пуску електропривода

Контрольні запитання:

1. Запишіть рівняння руху електроприводу ___________________________________

2. М_дин = 0 у випадку ______________________________________________________

3. Від чого залежить момент інерції електроприводу?

4. Запишіть вираз для визначення перехідного процесу _________________________

5. Якщо кутова швидкість електроприводу зменшується це означає ________________________________________________________________________

Оцінка ____________ Дата_____________ Викладач _____________

(підпис)

Практична робота №4

Тема: Визначення часу нагрівання електродвигуна

Мета: Оволодіти навичками розрахунку і побудови графіка часу нагрівання електродвигуна, закріпити знання отримані під час вивчення теоретичного матеріалу.

Література: [7], с.65...69; [2], с.75...79;[6], с.165...170.

Самостійна робота

Користуючись рекомендованою літературою вивчити методику проведення розрахунку і побудови часу нагрівання електродвигуна, і відповісти на запитання:

1.Від чого залежить допустима температура нагрівання електродвигуна? ____________

__________________________________________________________________________

2.Як впливає температура електродвигуна на строк його служби? __________________

__________________________________________________________________________

3.Що таке стала часу нагрівання електродвигуна і як її можна визначити? ___________

__________________________________________________________________________

Виконання роботи

1. Рівняння нагрівання електродвигуна має такий вигляд:

(4.1)

де ε - основа натурального логарифму;

τ – поточне значення температури електродвигуна яке залежить від поточного значення часу, t, ˚С;

τ_уст – усталене значення перевищення температури електродвигуна над температурою навколишнього середовища, ˚С;

τ_уст = τ_дв – τ_н.с. (4.2)

де τ_н.с = 40 ^оС

τ_дв – залежить від класу ізоляції закладеного в електродвигун, для електродвигунів серії (4А та АИР) з висотою осі обертання 50-132мм закладена ізоляція класу „В” для якої τ_уст = 90^оС, а з висотою осі обертання 160-355 закладена ізоляція класу “F” для якої τ_уст = 105^оС.

τ_поч – початкове перевищення температури електродвигуна над температурою навколишнього середовища, приймаємо τ_поч = 0^оС

Т – постійна часу нагрівання, визначаємо за формулою:

(4.3)

де m - маса електродвигуна, (див. с.10), кг;

η_н – коефіцієнт корисної дії електродвигуна, (див. с.7);

Р_н – номінальна потужність електродвигуна (див. с.7), Вт.

Для режиму роботи S1 повинна виконуватись умова t_p ³ 4T_н ,

де t_p – сумарний час роботи електропривода Приймаємо Т = ___

Суть розрахунку полягає в підстановці в рівняння значень t починаючи з 0 до часу який дорівнює 4Т:

(4.3)

Аналогічно розраховуємо інші значення. Отримані значення заносимо в таблицю № 6

2. Для побудови криволінійного графіка, яким являється графік нагрівання електродвигуна, достатньо десяти точок. Крок часу ∆ t приймаємо рівним 1:10 від значення 4Т, що становить ∆ t= ___ хв.

таблиця №4.1 Результати розрахунків

t, хв

τ,^оС

За результатами розрахунків будуємо графік τ = f(t), який зображено рис.4
τ, ºС

 

 

 

t, хв

Рис.4 Графік нагрівання електродвигуна

 

Приймаємо значення масштабів: m _τ = _____ ºС/см

m _t = _____ хв/cм

Контрольні запитання:

1.Напишіть рівняння нагрівання електродвигуна_________________________________

2.Чим пояснюється різниця між часом нагрівання і охолодження електродвигуна з само вентиляцією? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.На скільки класів у відповідності до стандарту поділено всі ізоляційні матеріали? ________________________________________________________________________

4.На скільки відсотків можна перевантажити електродвигун (з точки зору теплового перевантаження), якщо він працює в охолоджувальному середовищі +30 ˚С? ________

5.На скільки відсотків треба недовантажити електродвигун (з точки зору теплового перевантаження), якщо він працює в охолоджувальному середовищі +50 ˚С? ________

 

Оцінка ____________ Дата_______________ Викладач _____________

(підпис)

Практична робота №5

Тема: Розрахунок потужності і вибір електродвигуна при тривалому режимі роботи із змінним навантаженням

Мета: Оволодіти навичками розрахунку потужності і вибір електродвигуна при тривалому режимі роботи із змінним навантаженням, закріпити знання отримані під час вивчення теоретичного матеріалу.

Література: [6] с. 172; [2] с.79; [7] с.74…79, 85…88.

Самостійна робота

Користуючись рекомендованою літературою вивчити методику проведення розрахунку і вибору електродвигуна при тривалому режимі роботи із змінним навантаженням, і відповісти на запитання:

1.Що називається навантажувальною діаграмою електродвигуна і як її можна отримати? _________________________________________________________________

2.Які існують основні номінальні режими роботи електродвигунів, та як вони позначаються? _____________________________________________________________

Виконання роботи

1. У відповідності до завдання виконуємо навантажувальну діаграму (рис.5.1), прийнявши значення масштабів: m _t = _____ хв/cм; m _М = _____ Н·м/см

М, Н∙м

Рис.5.1

Навантажувальна

діаграма.

 

 

t, хв

1. Визначаємо режим роботи електропривода. Для цього визначаємо максимальну потужність по формулі: (5.1)

де М_б – максимальне значення моменту статичного опору за навантажувальною діаграмою у відповідності до завдання.

2. Для електродвигунів такої потужності стала часу нагрівання становить

Т_н = ___ хв [7, с.79].

3. З графіка навантажувальної діаграми видно, що тривалість роботи складе

t_р = t₁+t₂+t₃ (5.2)

При цьому t_р ≥ 4∙Т_н; ___ ___ ____, це означає що за час ___ хв, електродвигун встигне нагрітися до усталеної температури. Такий режим роботи згідно з ГОСТом 183-74 називається ________________ і позначається _____.

 

4. Еквівалентний момент машини визначимо за формулою:

(5.3)

 

 

5. Визначаємо еквівалентну потужність машини за формулою:

Р_ем = М_ем ∙ ω_м; Р_ем = ____ ∙ _____ = ____ Вт (5.4)

 

6.На валу електродвигуна еквівалентна потужність становитиме:

(5.5)

 

де η_пер – ККД передаточного механізму (у відповідності до завдання).

 

7. Вибираємо електродвигун за умовою нагрівання: Р_ном ≥ Р_е (5.6)

____ ___ ____

Користуючись довідниковою літературою [10] вибираємо електродвигун, враховуючи умови навколишнього середовища та кутову швидкість вала робочої машини, типу _____________________, який має наступні технічні характеристики: • номінальна потужність Р_н, Вт ________

· номінальний струм - I_н, А _______

· номінальна частота обертання – n_н, хв^-1 __________