Расчет электродвигателя

Для приведения моментов вращения рабочей машины к валу электродвигателя, используют соотношение

                                                                                                                     (10)

где М_С – приведенный момент сопротивления, Нм.

С учетом выражения (10) приведенный  момент статического сопротивления  на валу электродвигателя запишется

                                                                       (11)

где

 М_М0 – момент сопротивления холостого хода, Нм;

Х – показатель степени, определяющий характер протекания зависимости ω = f₂(М_С).

 

Рассчитаем номинальный момент на валу рабочей машины М_МН

 

 

Значение М_М0 принимается равным М_М0 = 0,2М_МН. Отсюда

 

 

Присваивая ω значения от 0 до ω₀, рассчитывают зависимость ω = f₂(М_C). Полученные значения заносятся в таблицу 3.

Таблица 3

Данные к построению механической характеристики рабочей

машины, приведенной к  валу электродвигателя

 

ω,рад/c	0	141	125,6	109,9	94,2	78,5	62,8	47,1	31,4	15,7	152,7
МС,Нм	9,75	43,5	37,6	32,6	27,2	22,9	19	15,3	12,8	10,7	49

 

На основании расчетных  данных строится кривая ω = f₂(М_C) на том же графике, что и механическая характеристика электродвигателя ω = f₁(M_дв). Необходимо обратить внимание, что в точке с координатами М_Н и ω_Н указанные характеристики должны пересечься.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Используя построенные механические характеристики электродвигателя ω = f₁(M_дв) и рабочей машины ω = f₂(М_C), графически находим их разность – кривую избыточного (динамического) момента: ω= f₃(М_изб) = f₃(M_дв - М_C). Эту кривую заменяем ступенчатой с участками, на которых избыточный момент постоянен и равен его среднему значению М_{изб. i}.

По ступенчатой кривой избыточного (динамического) момента ω= f₃(М_изб) = f₃(M_дв - М_C) находим ω_нач и  ω_кон. Заносим данные в таблицу 4.

На основе начальной и  конечной угловой скорости находим  интервал изменения угловой скорости на i-м участке

 

 

 

Продолжительность разгона  электропривода на каждом i-м участке угловых скоростей рассчитывают по выражению

где

- приведенный момент инерции системы электродвигатель – рабочая машина относительно вала электродвигателя. (k – коэффициент, учитывающий момент инерции передаточного механизма от электродвигателя к рабочей машине. k=1,2.);

 – интервал изменения угловой скорости на i-м участке, рад/с;

М_{изб. i} – средний избыточный момент на i-м участке, принимаемый постоянным, Нм.

 

Найдем приведенный момент инерции системы электродвигатель – рабочая машина относительно вала электродвигателя

 

Найдем продолжительность разгона электропривода на каждом i-м участке угловых скоростей

Полная продолжительность  пуска равна сумме частичных  продолжительностей

где т – количество ступеней, на которые разбивается кривая избыточных (динамических) моментов.

Результаты расчета сводятся в таблицу 4.

Таблица 4.

Данные расчета продолжительности  пуска электропривода с нагрузкой

 

Номера участков	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
ωнач, рад/с	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140
ωкон, рад/с	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150
, рад/с	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10
Мизб. i, Нм	42	44	46,5	49	52,5	56	60	66,5	73,5	82,5	92,5	100	109	100	60
∆ti, с	0,097	0,093	0,088	0,083	0,078	0,073	0,068	0,061	0,055	0,049	0,044	0,041	0,037	0,041	0,068
с	0,976

 

По времени разгона  системы привода сделать вывод  о степени тяжести пуска электродвигателя.

 

1.5 Для оценки возможности запуска электродвигателя при нагрузке в случае снижения напряжения на ∆U% необходимо пересчитать вращающие моменты электродвигателя прямо пропорционально квадрату напряжения по формуле

 

где

М_(Uн) - вращающий момент асинхронного электродвигателя при номинальном напряжении, Нм;

М_(U) – вращающий момент асинхронного электродвигателя при той же частоте вращения, но при пониженном напряжении, Нм;

 – относительное значение  снижения напряжения. . (∆U% принять равным 20%.)

 

и построить зависимость  ω = f₄(М_дв(U)), совместив ее с механической характеристикой рабочей машины, приведенной к валу электродвигателя. Это позволит сделать заключение: электродвигатель не запустится, запустится или электродвигатель «застрянет» и не развернется до частоты вращения, соответствующей рабочему участку его механической характеристики.

Найдем относительное значение снижения напряжения

Найдем вращающий момент асинхронного электродвигателя при той же частоте вращения, но при пониженном напряжении

Таблица 5.

 Вращающий момент асинхронного электродвигателя при пониженном напряжении

ω,рад/c	157	152,7	141,3	129,7	125,6	109,9	94,2	78,5	62,8	47,1	31,4	15,7	0
Мдв,Нм	0	49	126	147	146	128	89	91	79	69	61	55	51
М(U),Нм	0	31	80,5	94	93,5	82	70	58	50,5	44	39	35	32,5

 

На основании расчетных  данных строится зависимость ω = f₄(М_дв(U)), совместив ее с механической характеристикой рабочей машины, приведенной к валу электродвигателя. Это позволит сделать заключение: электродвигатель не запустится, запустится или электродвигатель «застрянет» и не развернется до частоты вращения, соответствующей рабочему участку его механической характеристики.

Если хотя бы на одном  участке механических характеристик  разгона электропривода М_изб(U) < 0, то необходимо сделать заключение, что при пуске с нагрузкой и понижении питающего напряжения на ∆U% электропривод не запустится.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема автоматизированного  электропривода

 

Схема автоматизированного  электропривода насосов для откачки  воды из водозаборного бассейна шахты  изображена на чертеже 1.

 

Режимы работы.

 

Схема работает в двух режимах  в зависимости от положения переключателя  режимов SA:

1. в ручном режиме (P)-управляется диспетчером;
2. в автоматическом режиме.

     В ручном режиме схема работает при наладке после ремонта или при сбое автоматического режима (в случае не включения двигателя в автоматическом режиме).

     Основной режим - автоматический.

     В автоматическом режиме диспетчеру следует только задать, какой из насосов будет основным, а какой - вспомогательным.

     Если основным насосом выбирается насос №2, то диспетчер нажимает на возвратную кнопку SBC. При этом срабатывает промежуточное реле КL1, которое при срабатывании своими нормально-разомкнутыми контактами KL1 переводит цепь “C”-KL1:1 – SBT – KL1 – “N” в режиме самопитания (теперь после возврата кнопки SBC катушка реле KL1 остается под током), а KL1:3 подготавливает цепь питания катушки контактора КМ2 (“C” - A - KL4:1 - KL3:1 - KM2 – KST3 – KST4 - SBT2 – “N”) к работе основным двигателем двигатель М2. В этом состоянии цепь питания контактора КМ2 находится в ждущем режиме и при наличии воды в бассейне (включено реле KL5) ждет повышения уровня воды до замыкания контактов Э3 в датчике В.

    В тоже время короткозамкнутый контакт KL1:2 разрывает цепь питания катушки контактора КМ1 (так как двигатель насоса М1 назначается вспомогательным).

     Если же  уровень воды в бассейне достигает  электродов ЭЗ (датчик В), то выключается  промежуточное реле KL4 и замыкает цепи питания катушек КМ1 и КМ2 (своими нормально-разомкнутыми контактами KL4:1). При этом срабатывает только контактор КМ 2 (контактор основного насоса №2) и подключает двигатель М1 к сети, а контактор КМ1 не срабатывает, так как контакторы KL1:3 и  KL3:1 разомкнуты. В случае, если при работающем основном двигателе (в данном случае М2) вода продолжает прибывать и уровень ее достигает контактов Э2 датчика В, то включается реле KL3 и своими контактами KL3:2 подключает цепь питания контактора КМ1 (“C” - A – KL3:2 – KM1 – KST1 – KST2 – SBT1 – “N”) к сети, что приводит к включению двигателя М1 (который в данном случае выбран диспетчером вспомогательным).

     Если же  при включении и второго двигателя  насосы не справляются с откачкой  воды (то есть уровень воды  все равно повышается и достигает  контактов Э1 датчика В), то замыкается цепь питания катушки реле KL2, которое своими контактами включает звуковой сигнал и индикацию на пульте диспетчера HL3 «Переполнение».

     Индикация HL1 «Насос №1 включен» и HL2 «Насос №2 включен» на пульте диспетчера обеспечиваются несиловыми нормально-разомкнутыми контактами КМ1:5 и КМ2:5 соответственно.

     Если же  диспетчер назначает двигатель  М1 основным, а М2 – вспомогательным, то он нажимает кнопку SBT. При этом разрывается цепь питания реле KL1(“C” – KL1:1– KL1 “N”), и в ждущий режим включается цепь питания катушки контактора первого насоса КМ1 (по цепи “C” – A - KL4:1(разомкнут) – KL1:2 – KM1 – KST1 – KST2 – SBT1 – “N”), а цепь питания катушки контактора второго насоса КМ2 будет разомкнута (её блокирует контакт KL1:3). Алее работа схемы автоматизированного электропривода будет аналогичной описанной ранее с тем лишь отличием, что основным двигателем будет М1, а дополнительным – М2.

     В ручном  режиме (режим Р) двигатели могут  включаться кнопками SBC1 (двигатель М1 насоса №1) и SBC2  (двигатель М2 насоса №2), а выключаться SBT1 и SBT2 соответственно.

 

Защита двигателей.

 

     Тепловое реле  KST1 и KST2 защищают двигатель М1 от перегрузки, а KST3 и KST4 защищают двигатель М2.

     Тепловое реле  выбираем типа РТЛ102104 с током  теплового расцепителя I _{т. р.} = 16А[3,с. 269, табл. 3.71].

     В качестве  автомата защиты от токов короткого  замыкания применяем автоматические  выключатели (SF1 и SF2 на чертеже 1) типа ВАГ51Г-31 со следующими параметрами [3, с.261, табл. 3.62]

• номинальный ток автомата I _{н. а.} = 20 А ;
• номинальный ток расцепителя I _{н. р.} = 20 А ;
• ток отсечки I _отс. =140 А.

     Проверяем  уставку отсечки на отстройку  автомата от пусковых токов  по условию 

     I _отс. / I _п. > 1,25

    140/113,25=1,23

    Условие не  выполняется. Поэтому принимаем  отсечку I _отс. = 200А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Электропривод и электрооборудование: Метод. указания / Сост. Н. М. Андрианов; НовГУ. – Великий Новгород. 2011. – 26 с.
2. Коломиец А.П., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Юран С.И. Электропривод и электрооборудование. – М.: КолосС, 2006. – 328 с.
3. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. Под общ. ред. Ю. Г. Борыбина. – М.: Энергоатомиздат,1991.
4. Фролов Ю.В., Шелякин В.П. Основы электрического привода. Краткий Курс. – М.: КолосС, 2007. – 252 с.