Асинхронные двигатели в системах электропривода

Курсовая работа

по дисциплине «Электрические машины и электропривод»

Курсовая работа содержит 27 страниц, 8 рисунков, 3 таблицы, 6 использованных источников.

Асинхронный двигатель, короткозамкнутый ротор, фазный ротор, пусковой реостат, электрические потери, тепловое состояние, эквивалентная мощность, номинальный момент.

Объектом исследования является асинхронный двигатель с фазным ротором.

Цель работы - расчет основных параметров и характеристик АД, изучение пусковых схем.

Курсовая работа содержит расчет асинхронного двигателя 4АК225M6УЗ серии 4А с фазным ротором.

В курсовой работе определена, по заданной нагрузочной диаграмме электропривода, эквивалентная мощность и выбран асинхронный двигатель с фазным ротором. Произведена проверка выбранного двигателя на нагрев по методу средних потерь, а так же проверка на перегрузочную способность при снижении напряжения в сети, расчет теплового режима выбранного двигателя по заданной нагрузочной диаграмме

Определено сопротивление добавочного резистора, который необходимо включить в цепь ротора, выбранного двигателя для снижения частоты вращения на заданную величину при номинальном моменте сопротивления. Построены естественная и реостатная характеристики выбранного двигателя.

Рассчитаны сопротивления секций пускового резистора и потери электрической энергии при реостатном и прямом пуске, начерчены и изучены схемы управления пуском и реверсом асинхронных двигателей.

Содержание

Задание

Введение

1.Асинхронные двигатели в системах электропривода

1.1 Параметры задания и выбор варианта задания

1.2 Расчет эквивалентной мощности и выбор АД

1.3 Проверка выбранного двигателя по нагреву

1.4 Проверка на перегрузку при снижении напряжения

1.5 Расчет теплового состояния АД

1.6 Расчет механических характеристик

1.7 Расчет резисторов пускового реостата

1.8 Расчет электрических потерь при пуске двигателя

2 Управление пуском асинхронных двигателей

2.1 Общие положения

2.2 Управление пуском АД с короткозамкнутым ротором

2.3 Управление пуском АД с фазным ротором в функции времени

3 Управление реверсом АД с короткозамкнутым ротором

Заключение

Библиографический список

Введение

Асинхронные двигатели 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, имеющими наименьшую массу, габариты и стоимость при определенной мощности, являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. 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 её 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 пускового момента.

При выборе двигателя по мощности следует исходить из необходимости его полного использования в процессе работы. В случае завышения номинальной мощности двигателя снижаются технико-экономические показатели электропривода, т.е. КПД и коэффициент мощности. Если же нагрузка на валу двигателя превышает номинальную, то это приводит к росту токов в его обмотках, а значит и потерь мощности выше соответствующих номинальных значений.

Для обоснованного выбора асинхронного двигателя необходимо знать, как изменяется нагрузка на валу двигателя во времени, что в свою очередь позволяет судить о характере изменения потерь мощности. С целью определения нагрузки двигателя большинства производственных механизмов, строятся так называемые нагрузочные диаграммы, под которыми понимаются зависимости развиваемых двигателем момента и мощности от времени, т.е. M=f(t) и P=f(t).

Различают следующие режимы работы двигателя: продолжительный при постоянной нагрузке на валу двигателя; кратковременный; повторно-кратковременный; ударный (момент статистической нагрузки резко увеличивается по различным законам, а затем снижается до момента холостого хода).

1 Асинхронные двигатели в системах электропривода

1.1 Параметры задания и выбор варианта задания

Вариант задания выбирается по двузначному шифру, присвоенному студенту преподавателем; для студентов заочной формы обучения – по двум последним цифрам шифра зачетной книжки.

Параметры нагрузки на каждой ступени, синхронная частота вращения АД и требуемое снижение частоты вращения ротора в процентах от номинальной приведены в таблице 1.1, а длительность ступеней – в таблице 1.2.

При расчете принять, что в период паузы (t₅) двигатель работает в режиме холостого хода без отключения от сети.

Напряжение питающей (цеховой) сети принять в зависимости от мощности двигателя:

от 22 до 75 кВт – 380 В,

от 45 до 110 кВт – 660 В,

от 45 до 75 кВт – 380 либо 660 В (выбрать по желанию).

Снижение напряжения в питающей сети для проверки выбранного АД на перегрузочную способность принять 10 % от номинального для всех вариантов.

Число ступеней пускового реостата для всех вариантов z = 2.

Таблица 1.1 - Параметры нагрузки

Последняя цифра варианта	Мощность на ступенях нагрузки, кВт				Синхронная частота вращения, об/мин		∆n, %
	Р1	Р2	Р3	Р4
0	3	5	9	4		750		5,8
1	7	13	9	18		750		5,5
2	15	10	35	22		750		4,6
3	13	6	10	5		1000		4,8
4	18	22	9	12		1000		4,0
5	22	30	40	25		1000		4,5
6	8	15	5	18		1000		4,2
7	25	12	15	10		1500		5,0
8	25	35	45	12		1500		5,7
9	45	27	40	50		1500		6,0

Таблица 1.2 - Длительность ступеней нагрузки

Длительность ступеней нагрузки, мин	Предпоследняя цифра варианта (шифра)
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
t1	10	13	12	13	9	6	16	10	11	7
t2	5	7	9	8	15	8	6	12	7	14
t3	15	9	14	9	8	18	13	15	18	10
t4	8	13	8	11	12	10	9	6	9	13
t5	7	8	7	4	6	8	6	7	5	6

Из приведенных таблиц 1.1 и 1.2 в соответствии с вариантом 08 следует:

мощности на ступенях нагрузки, кВт,

Р₁=22, Р₂=30, Р₃=40, Р₄=25,

длительность каждой ступени нагрузки, мин,

t₁=13, t₂=7, t₃=9, t₄=13, t₅=8.

Синхронная частота вращения АД–1000об/мин. Требуемое снижение частоты вращения на реостатной характеристике Δn=4,5%.

1.2 Расчет эквивалентной мощности и выбор АД

Многоступенчатый график нагрузки, характеризующий длительный переменный режим работы электропривода (рисунок 1), можно привести к равномерному, воспользовавшись понятием эквивалентной (среднеквадратичной) мощности, кВт,

, (1.1)

где P_i – мощность, кВт,

t_i – продолжительность нагрузки каждой i-й ступени графика, включая паузу, мин,

кВт.

По каталогу выбираем двигатель 4АК225M6УЗ, имеющий следующие параметры:

номинальная мощность Р_н=30 кВт,

номинальное скольжение S_н=3,5%,

КПД в номинальном режиме _н=89,

кратность номинального момента K_m=2,5;

напряжение ротора U_р=140 В,

ток ротора I_р=150А,

постоянная времени нагрева Т_н=30 мин,

суммарный момент инерции,

приведенный к валу двигателя J=5510^-2 кгм².

Характеристика двигателя 4АК225M6УЗ: двигатель серии 4А с фазным ротором; исполнение по способу защиты – IP44 – защита от проникновения внутрь оболочки предметов длиной до 80 мм и твердых тел размером свыше 12 мм; степень защиты от проникновения внутрь машины воды 3 ; станина алюминиевая, щиты чугунные; высота оси вращения – 225мм; установочный размер по длине станины средний; число полюсов–6; климатическое исполнение – УЗ, т.е. возможность эксплуатации электрической машины в зоне умеренного климата, в закрытых помещениях.

1.3 Проверка выбранного двигателя по нагреву

Выбор АД гарантирует, что данный двигатель при заданном графике нагрузки удовлетворяет требованиям по нагреву, однако проведем проверку.

Проверка по нагреву производится по методу средних потерь. Для этого вначале определяются потери в номинальном режиме по данным каталога:

Потери в номинальном режиме, кВт,