Электроснабжение предприятий и электропривод

Реферат

Расчетно-пояснительная записка содержит 29 листов машинописного текста, 4 таблиц, использовано 4 литературных источника.

Ключевые  слова и выражения: пусковой момент, избыточный момент, момент двигателя, тепловые потери, коэффициенты механической и тепловой перегрузок, номинальные потери мощности, средние потери мощности, превышение температуры электродвигателя.

Цель  работы:

Часть 1.  Научиться рассчитывать и строить механические характеристики для электромеханической системы электропривода  трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, механической передачи и рабочей машины.

Часть  2.   На основании исходных данных построить нагрузочную диаграмму электродвигателя привода, рассчитать потери электрического двигателя, рассчитать и построить кривую изменения превышения температуры электродвигателя при работе и после отключения, совместив ее с нагрузочной диаграммой.

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

Введение

 

В соответствии с решениями правительства  осуществляется Энергетическая программа, которая признана крупнейшим документом перспективного значения. Реализация Энергетической программы России является одним из необходимых условий для ускорения перевода экономики страны на интенсивный путь развития, позволит существенно увеличить энерговооруженность отраслей народного хозяйства. Она предполагает дальнейшее совершенствование размещения производительных сил страны в направлении приближения их к основным топливно-энергетическим базам России. Создание ЕЭС России экономически продиктовано тем, что в восточной части страны находится около 80% топливных и гидроресурсов, тогда как в европейской части России размещается около 80% потребителей энергии. Установлено, что передача больших мощностей из восточных районов страны в ее европейскую часть экономически целесообразна с уникально высоким напряжением 1150 кВ переменного или 1500 кВ постоянного тока.

Основными потребителями электрической  энергии являются промышленность, транспорт, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство  городов, причем на промышленность приходится более 70% потребления электроэнергии, которая должна расходоваться рационально и экономно на каждом предприятии, участке и установке.

 

 

 

 

 

1 Расчет электромеханической системы электропривода

1.1 Расчёт и построение механической характеристики электродвигателя

Механическую характеристику асинхронного электродвигателя строят на основании  расчета его вращающихся моментов для частот вращения, соответствующих скольжениям: 0; s = s_н; 0,1 s = s_к; 0,3; 0,4; 0,8 и 1,0.

Вращающий пусковой момент электродвигателя при s = 1,0 ( = 0) и минимальный момент при s = 0,8 определяется, используя кратности пускового и минимального моментов по выражению:

,     (1.1)

где - номинальный вращающий момент электродвигателя, Нм;

      - номинальная мощность электродвигателя, Вт;

,            (1.2)

.    (1.3)

где - номинальная частота вращения, рад/сек.

,

,

,

.

Остальные вращающие моменты электродвигателя для скольжений от 0 до 0,4 рассчитываются на основании уточненной формулы Клосса, приняв в ней с достаточной степенью точности отношение активного сопротивления обмотки фазы статора  к приведенному активному сопротивлению обмотки фазы ротора равным 1:

    (1.4)

     где  - максимальный вращающий момент, Нм.

,     (1.5)

,

.   (1.6)

где s_к – критическое скольжение электродвигателя, соответствующее максимальному вращающему моменту;

- номинальное скольжение электродвигателя, соответствующее номинальному моменту;

- синхронная угловая скорость  магнитного поля статора, об/мин;

- число пар полюсов электродвигателя (ближайшее меньшее число);

- частота промышленного тока  в электрической сети.

,

,

,

.

Данные расчёта механической характеристики оформим в соответствии с таблицей 1.1

Переход от скольжения s_к к частоте вращения произведём по формуле:

.            (1.7)

где – синхронная частота вращения вала электродвигателя (магнитного поля):

,     (1.8)

.

Для примера, рассчитаем момент двигателя  при скольжении s = 0,1.

Частота вращения вала двигателя в этом случае по формуле (1.7):

Тогда момент на валу электродвигателя по формуле (1.4) равен:

Затем проводим вычисления моментов при пониженном напряжении:

,     (1.9)

.

    (1.10)

.

Расчеты остальных моментов производятся аналогично. Данные расчетов сведем в таблицу 1.1.

 

Таблица 1.1 – Данные к построению механической характеристики асинхронного электродвигателя.

s	0	0,03	0,08	0,1	0,3	0,4	0,8	1,0
	104,6	101,85	96,2	94,1	73,2	62,7	20,9	0
	0	73,6	132,5	129,5	68,6	53,4	73,6	95,7
	0	36,0	64,9	63,5	33,6	26,2	36,0	46,9

По данным таблицы 1.1 строится характеристика .

1.2 Расчёт и построение механической характеристики рабочей машины Ω = f(M)

Рассчитаем момент статического сопротивления  на валу электродвигателя по формуле:

  (1.11)

где - передаточное отношение передачи от электродвигателя к рабочей машине;

        η_пер – КПД передачи от электродвигателя к рабочей машине.

Давая значения

от 0 до , рассчитывают зависимость .

Для примера рассчитаем один момент сопротивления для  .

Остальные моменты сопротивления  рассчитываются аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу 1.2

 

Таблица 1.2 – Данные к построению механической характеристики рабочей машины относительно вала электродвигателя

	104,6	101,85	96,2	94,1	73,2	62,7	20,9	0
	67,5	67,5	67,5	67,5	67,5	67,5	67,5	67,5

 

На основании расчетных данных строится кривая на том же графике, что и механическая характеристика электродвигателя .

1.3 Расчет продолжительности пуска и торможения

Переведём маховый момент рабочей машины и электродвигателя, выраженный в в систему единиц измерения СИ по соотношению:

     (1.12)

где J – момент инерции массы

,

.

Тогда приведенный момент инерции  системы электродвигатель – рабочая машина относительно вала электродвигателя можно выразить в виде:

     (1.13)

где k – коэффициент, учитывающий момент инерции механической передачи от электродвигателя к рабочей машине. Принимаем k = 1,2.

Теперь, используя построенные механические характеристики электродвигателя и рабочей машины , находим их разность – кривую избыточного момента: . Эту кривую заменяем ступенчатой с участками, на которых избыточный момент постоянен и равен его средней величине.

,

,

,

,

,

.

Продолжительность разгона электропривода на каждом участке скоростей вращения рассчитывают по выражению:

      (1.14)

где – интервал скорости вращения на i – ом участке, с^-1;

       – средний избыточный момент на  i – ом участке, принимаемый постоянным.

Полная продолжительность пуска  равна сумме частичных продолжительностей .

,

,

,

,

,

,

.

Результаты расчетов сведем в соответствии с таблицей 1.4

 

 

 

 

 

Таблица 1.3 – Данные расчета продолжительности пуска электропривода

Номера участков по направлению  разгона	1	2	3	4	5	6	7
	20,9	62,7	73,2	94,1	96,2	101,85	104,6
	0	20,9	62,7	73,2	94,1	96,2	101,85
	20,9	41,8	10,5	20,9	2,1	5,65	2,72
	28,2	6,1	-14,1	1,2	62,0	65,0	6,1
	0,21	1,98	-0,21	5,05	0,009	0,02	0,13

 

При

,

,

,

,

,

,

.

Т.к. получается отрицательным следовательно двигатель не запустится при пониженном напряжении.

 

1.4 Расчет потерь энергии  в двигателе

Потери энергии при пуске асинхронного двигателя практически полностью определяются электрическими потерями энергии в его обмотках, которые прямо пропорциональны квадрату силы тока. При прямом пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно принять, что в период пуска токи статора и ротора равны.

Обобщенная расчетная формула для определения потерь энергии в джоулях при пуске асинхронного двигателя будет:

     (1.15)

где - коэффициент, равный отношению постоянных потерь мощности двигателя к переменным. Принять .

       - кратность пускового тока асинхронного двигателя   по   отношению к номинальному при = 0. Принять .

Потери энергии в асинхронном  двигателе в джоулях при пуске  системы без нагрузки можно рассчитать и не прибегая к предварительному определению продолжительности пуска:

    (1.16)

С учетом, что  .

.      (1.17)

.

 

1.5 Расчет допустимой  частоты включений

При нагрузке асинхронного двигателя  в периоды работы близкой к  номинальной, предельно допустимая частота его включения в течение одного часа, исходя из условия допустимого нагрева электродвигателя, рассчитывается по формуле.

 

     (1.18)

где   - номинальные потери мощности в электродвигателе, Вт;

- коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи двигателя в отключенном состоянии и равный отношению теплоотдачи отключенного двигателя к теплоотдаче при его работе. Для самовентилируемых двигателей = 0,25—0,55. Принимаем = 0,5.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Построение нагрузочных диаграмм, диаграмм тепловых потерь и кривых изменения превышения температур электродвигателя

2.1 Определение необходимой мощности приводного электродвигателя

Эквивалентная по нагреву постоянная мощность на валу электродвигателя рассчитывается по выражению:

     (2.1)

где Р_i – мощность на валу электродвигателя в i – ый период работы, кВт;