Электропривод (выбор мощности двигателя)

 

Выбор двигателя – один из ответственных этапов проектирования электропривода, так как именно двигатель в значительной степени определяет технические и экономические качества привода в целом. Из многочисленных типов двигателя переменного и постоянного токов для привода той или иной производственной машины должен быть выбран такой, который наиболее полно удовлетворял бы технико-экономическим требованиям. Это значит, что двигатель должен быть наиболее простым по управлению, надежным в эксплуатации и иметь наименьшую стоимость, массу и габариты, а также высокие энергетические показатели. В сравнении со всеми существующими типами двигателей этим требованиям в наибольшей мере отвечают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. При выборе двигателя такого типа необходимо выяснить, удовлетворяются ли технические требования: допустимое уменьшение скорости при увеличении нагрузки, допустимая величина повторных включений, возможность быстрого и надежного пуска.

В напряженных режима работы привода, с большой частотой включений, где требуется повышенный или ограниченный пусковой момент, а также регулирование частоты вращения в узких пределах, применяют асинхронные двигатели с контактными кольцами. Для нерегулируемых приводов средней и большой мощности, работающих в продолжительном режиме с редкими пусками, рекомендуется применять синхронные двигатели. Они отличаются более высоким к.п.д. и допускают регулирование коэффициента мощности за счет компенсации реактивной мощности. При необходимости плавного и глубокого регулирования скорости, а также при большой частоте включений применяются двигатели постоянного тока.

При выборе мощности двигателя основными исходными данными являются требуемые моменты, которые должны быть приложены к валу механизма, т.е. необходимо иметь нагрузочные диаграммы электропривода P=f(t) или М=f(t), которые могут быть заданы как в виде графика, так и в виде таблицы.

Пример решения задачи по теме 4.

Определить необходимую мощность двигателя для привода механизма, режим работы которого задан нагрузочной диаграммой на рис.9. По технологическим условиям следует использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Двигатель должен развивать частоту вращения n=980 об/мин. Помещение, где будет установлен двигатель,- сухое, без пыли и грязи.

Рис. 9. Нагрузочная диаграмма

 

Решение.

В нашем случае режим работы представляет собой длительную переменную нагрузку. Мощность двигателя подбирается при подобных режимах работы по эквивалентной мощности, которая равна

где t_ц - время цикла работы:

t_ц=t₁+t₂+t₃=20+30+15=65 c;

кВт

По данным каталога в качестве приводного двигателя может быть использован асинхронный короткозамкнутый двигатель в защищенном исполнении типа А2-61-6; 380/220 В; P_н=10 кВт, n_н=965 об/мин, h_н =0,870, М_п/М_н=1,2, М_м/М_н=1,8.

В ряде случаев момент нагрузки на отдельных участках может оказаться больше максимально допустимого момента двигателя, и асинхронный двигатель может остановиться. Поэтому после выбора двигателя его необходимо проверить по перегрузочной способности исходя из условия М_макс<М_макс.д, где М_макс- максимальный момент на валу двигателя; М_макс.д - максимально допустимый момент двигателя. Для асинхронного двигателя М_макс.д=0,9·М_к. Здесь М_к- критический (максимальный) момент двигателя.

В нашем примере: номинальный момент двигателя

М_н=9550P_н/n_н=9550·10/965=99 Н·м;

Максимальный (критический) момент

М_к=l М_н=1,8·99=178 Нм;

Максимальный статический момент

М_с=9550·P₁/n=9550·12/980=117 Н·м.

По перегрузочной способности двигатель проходит, так как выполняется условие 0,9·М_к=0,9·178=160>М_с=117.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

Задача №1. Для трехфазного трансформатора, обмотки которого соединены “звездой”, а значения номинальной мощности, номинальных напряжений, напряжения короткого замыкания, мощности короткого замыкания, мощности холостого хода и отношения тока холостого хода к номинальному току первичной обмотки приведены в таблице 3, определить: номинальный ток первичной обмотки; ток холостого хода; коэффициент мощности в режиме холостого хода; угол магнитных потерь; сопротивления короткого замыкания; сопротивления первичной и вторичной обмоток и сопротивления намагничивающей цепи.Построить внешнюю характеристику и векторную диаграмму при нагрузке, составляющей b=0,75 от номинальной мощности трансформатора, и cos j₂ = 0,8. Составить Т – образную схему замещения.

Задача №2. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, номинальное число оборотов ротора которого n_н=1420 об/мин, а номинальные напряжение, мощность, к.п.д., коэффициент мощности, кратность пускового тока и перегрузочная способность приведены в таблице 4, включен в сеть с частотой f=50 Гц. Определить: номинальный и пусковой токи, номинальный, пусковой и максимальны моменты. Построить механические характеристики.

Задача №3. Для двигателя параллельного возбуждения, сведения о напряжении сети, потребляемом при номинальной нагрузке и холостом ходу токе, сопротивлениях обмотки якоря и цепи возбуждения, а также номинальной скорости вращения приведены в таблице 5, определить номинальную мощность двигателя (на валу), номинальный к.п.д., номинальный вращающий момент, пусковой ток при пуске двигателя без пускового реостата, сопротивление пускового реостата для условия I_п=2,5I и пусковой момент при пуске двигателя с реостатом. При решении принять, что магнитные и механические потери не зависят от нагрузки.

Задача №4. Для заданного в табл.6 режима нагрузки производственного механизма построить нагрузочную диаграмму и выбрать мощность асинхронного короткозамкнутого двигателя.

Литература

 

1. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины: В 2-х ч.Ч.1 /. Д.Э.Брускин, А.Е.Зорохович, В.С.Хвостов.- М.: Высш. шк., 1987.- - 319 с., (раздел 3).

2. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины: В 2-х ч.Ч.2 /. Д.Э.Брускин, А.Е.Зорохович, В.С.Хвостов.- М.: Высш. шк., 1987.- - 335 с., (раздел 4).

3. Баширин А.,В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.-Л.: Энергоатомиздат, 1982.- 392 с., (раздел 4).

4. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1981 – 576 с., (раздел 4).

5. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин:

Учебн. для вузов. - М.: Высш. шк., 1987. - 248 с., (разделы 1,2).

6. Домбровский В.В., Зайчик В.М. Асинхронные машины. Теория, расчет, элементы проектирования.-Л.: Энергоатомиздат. 1990.- 358 с., (раздел 3).

 

 

Приложения

Таблица 3

Данные к задаче 1 Таблица 3

 

Вариант	Данные для расчета
Номинальная мощность кВА	Номинальные напряжения	Напряжение короткого замыкания	Мощность короткого замыкания	Мощность холостого хода	Отн.ток холостого хода
				5,0			10,0
				5,0			9,0
				5,0			9,0
				5,0			8,0
				5,0			7,5
				5,0			7,5
				5,0			7,0
				5,0			7,0
				6,5			7,5
				5,5			6,5
				4,5			3,0
				4,7			3,0
				4,5			3,0
				4,7			3,0
				4,5			3,0
				4,5			3,0
				4,7			3,0
				4,0			3,2
				4,5			2,8
				4,5			2,8
				4,7			2,8

Таблица 4

Вариант		кВт
		0,8	0,75	0,86	2,2	7,0
		0,1	0,795	0,87	2,2	7,0
		1,5	0,805	0,88	2,2	7,0
		2,2	0,83	0,89	2,2	7,0
		3,0	0,845	0,89	2,2	7,0
		4,0	0,855	0,89	2,2	7,0
		5,5	0,86	0,89	2,2	7,0
		7,5	0,87	0,89	2,2	7,0
			0,88	0,89	2,2	7,0
			0,88	0,89	2,2	7,0
			0,88	0,90	2,2	7,0
			0,88	0,90	2,2	7,0
			0,89	0,90	2,2	7,0
			0,89	0,91	2,2	7,0
			0,90	0,92	2,2	7,0
			0,90	0,92	2,2	7,0
			0,915	0,92	2,2	7,0

 

Таблица 5

 

Вариант	Данные для расчета
			1,6	1,2
			5,3	0,212
			6,5	0,11
				0,04	27,5
		16,3	1,78	1,16
		7,8	0,7	0,8
		19,8	2,0	1,5
			3,2	0,6
			2,8	0,94
			3,0	0,45
		9,5	0,9	1,9
			1,8	0,7
			1,5	0,82
		8,2	0,8	1,4
		20,5	2,35	0,74
			4,2	0,52
		10,5	1,2	1,2
		18,6	2,0	0,9
			1,8	0,6
			3,5	0,62
			3,2	0,55
			2,6	0,58
			6,8	0,40
			5,7	0,40
			9,5	0,12
				0,07

 

Таблица 6

 

Вариант		Р, кВт
									13,5
					23,5
		1,5	2,5	1,5	1,5					3,5
	1,5		2,5	3,5
					23,5					3,5
					3,0
										3,5
		1,5	2,5	1,5	1,5
			2,5	3,5
										3,5
					23,5