Министерствосельского хозяйства и продовольствия
РеспубликиБеларусь
БелорусскийГосударственный Аграрный
ТехническийУниверситет
Кафедра ЭОСХПРасчетно-пояснительная записка кКУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
подисциплине «Электропривод»
на тему:«Электроприводавтомобилеподъемника»
Выполнил: студент4 курса
14эн группы
Баярин Д.И.Руководитель: Гурин В.В.
Минск — 2009
Аннотация
Курсовая работа представлена расчетно-пояснительной запиской на 27страницах машинописного текста, содержащей 10 таблиц и графической частью,включающей 12 листов формата А4.
В работе представлены:
описание работы технологической линии; технологические и кинематическиесхемы.
В процессе выполнения курсового проекта были произведены следующиерасчеты: основные параметры передаточного устройства, приведенного моментаэнергетического машинного устройства и электромеханической постоянной временипереходных процессов; переходных режимов электропривода; расчеты по определениютемпературы электродвигателя;
Записка также содержит описание работы принципиальной электрическойсхемы силовых цепей и выбор коммутационной и защитной аппаратуры. В процессевыполнения курсового проекта была разработана схема управления и автоматизации.
Курсовой проект оформлен в соответствии с СТБ БГАТУ 1999г, былоформлен на текстовом редакторе MS Word XP, для расчетов была использована системаэлектронных таблиц MS Excel XP. Для создания графической части проектаиспользовалась система автоматизированного проектирования типа AutoCAD 2004.
Содержание
Ведение
1 Проектированиеэлектродвигательного устройства
2 Проектирование передаточногоустройства
3 Переходные процессы вэлектроприводе
4 Заключение оправильности предварительного выбора электродвгателя по всем критериям
5 Разработкапринципиальной электрической схемы управления ...
6 Разработка ящика управленияэлектроприводом
7 Показателиразработанного электропривода
Литература
Введение
Автоматизация и электрификация сельскохозяйственного производстваприводит к облегчению труда рабочих, и уничтожение существенного различия междуумственным и физическим трудом, и дальнейшему повышению материальногоблагосостояния народа.
Современный электропривод определяет собой уровень силовой электровооруженности,является главным средством автоматизации рабочих машин и механизации производственныхпроцессов.
Рост электрификации и автоматизации, создание на этой базе болеесовременных машин ведут к огромному повышению производительности труда.
Производство, переработка и хранение сельскохозяйственнойпродукции тесно связано с использованием электроприводов.
Преимущества электропривода состоит в том, что электрическаяэнергия легко передается на большие расстояния, обладает высокой экологическойчистотой, что немаловажно в современных технологиях, а также можетпреобразовываться не только в механическую, но и в тепловую и в другие видыэнергии, необходимые как в производстве, так и быту.
Электропривод отличается большим количеством конструктивныхрешений, функционального назначения, технических параметров и т.д.
Номенклатура электроприводов и область их применения растет.Растет количество электроэнергии, потребляемое электроприводами. Преимуществаиспользования электропривода могут быть реализованы лишь при правильном еговыборе.
1 Проектирование электродвигательного устройства
Технологическая характеристика рабочей машины
Назначение
Автомобильный подъемник предназначен для подъема автомобиля длявыгрузки зерна в бункер зерноочистительного агрегата.
Технологическая схема
Графическая часть курсового проекта, лист 1.
Описание рабочих органов
Автомобилеподъемник поднимает платформу при включении электродвигателямасляного насоса в течении 30 секунд. Опускание платформы производится послеотключения электродвигателя в течении 20 секунд. Подъемник рассчитан нанагрузку 30 автомашин в час.
Выбор или обоснование технологических параметров
Масляный насос типа Г 12-23
Q=0.0006 м3/с
H=620*104Па
n=950об/мин
/>/>
Определение мощности рабочей машины при номинальном режиме работыи при холостом ходе
/>
где /> — КПД насоса, />= 0,7. .0,85;
В итоге, имеем:
/>кВт;
Расчет и построениемеханической характеристики и нагрузочной диаграммы рабочей машины
Момент сопротивления машины при номинальной частоте вращения определяетсяпо следующей формуле:
/>;
где, />— мощность машины, Вт; />— угловаячастота вращения рабочих органов машины, рад/c.
Подставляя числовые значения в формулу получаем:
/>;
Для построения механической характеристики воспользуемся общейформулой:
/>;
где, /> — момент сопротивления механизмапри любой частоте вращения, Н м; /> — начальный момент сопротивления.Нм: х — показатель степени, характеризующий изменение момента при изменениичастоты:
Показатель степени х для насоса х = 0, следовательно:
Мс =Мсо +Мсн –Мсо =Мсн= 28 Н м;
Механическая характеристика ω=f(Мсо) будетиметь следующий вид (Графическая часть Л5).
Предварительное определениережима работы электропривода
Длительность работы масляного насоса и электродвигателяприводящего в движение насос задано по условию 30 секунд.
Время паузы примерно равно 10 минут.Делаем вывод, что режимработы двигателя кратковременный (S2).
Постановка задачи энерго- и ресурсосбережения, повышение надежности,производительностии т.д..
Экономия энергии достигается за счет своевременного включения и отключенияпривода масляного насоса.
Повышение надежности работы установки также достигается правильнымвыбором двигателя по климатическому исполнению и перегрузочной способностиэлектродвигателя.
Обоснование выбора электродвигателя по роду тока, типу,модификации, почастоте вращения, по климатическому исполнению и категории размещения.
Наиболее надежными и применяемыми в сельском хозяйстве электродвигателямиявляются двигатели переменного тока. Исходя из этого, а также изнецелесообразности применения преобразователей переменного тока в постоянный,принимаем к установке трехфазный асинхронный электродвигатель скороткозамкнутым ротором питающийся от сети переменного тока 380/220 В. Серияэлектродвигателя АИР.
Поскольку электродвигатель и масляный насос находятся на открытомвоздухе то принимаем исполнение двигателя IР 54 и категорииразмещения УХЛЗ.
Выбор электродвигателя помощности с учетом режима работы.
Исходя из условий и требования технологического процесса, а такжезначения Рм выбираем асинхронный электродвигатель с частотойвращения 1000 об/мин. Тип АИР112МА6IР54.
Технические данные электродвигателя сводим в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 Технические данные электродвигателя серии АИР112МА6.
n,
об/мин
Pн,
кВт
/> η,
%
cosφ,
о.е.
Sн.
%
Sк.
% kп kmax kmin kI
J.
кг м2 1000 2,8 81 0,76 5 34 2,0 2,2 1,6 6,0 0,017
Определим постоянную времени нагрева:
/>, с
где С— теплоемкость />; m — масса двигателя, кг; А— теплоотдача, Вт/°С.
/>, Вт/0С
где τдоп— допустимое превышение температурыобмотки, 0С (80-100 0С); ΔРН—номинальныепотери, кВт.
/>, кВт;
/>, кВт;
/>, Вт/0С;
/>, с;
Так как tР = 9,7 мин
Исходя из проведенных расчетов, окончательно выбираем асинхронныйэлектродвигатель с частотой вращения 1000 об/мин. Тип АИР71А4 IР54.
Таблица 1.2 Технические данные электродвигателя серии
n,
об/мин
Pн,
кВт
/> η,
%
cosφ,
о.е.
Sн.
%
m,
кг kп kmax kmin kI
J.
кг м2 1000 2,2 81 0,74 5,5 22,8 2,0 2,2 1,8 6 0, 013
Проверка выбранного электродвигателя по условиям пуска и перегрузочнойспособности.
Проверка электродвигателя на возможность пуска:
Угловая скорость двигателя:
/>, рад/с;
/>, об/мин;
/>, рад/с;
Номинальный момент двигателя:
/> Н.м;
Момент сопротивления насоса приведенный к валу двигателя:
/> Н.м;
/> Н.м;
Так как Мн = 22,2 Н.м > Мн.п =20,5Н.м, пуск двигателя при максимальной нагрузке 2,7 кВт обеспечивается.
Проверка электродвигателя на перегрузочную способность:
/> кВт;
Pн=2,2 >Pпер=1,7 кВт;
Расчеты по определению температуры электродвигателя за циклнагрузочной диаграммы.
Когда нагрузка меняется медленно (tц > 10мин) методыопределения мощности по среднеквадратичной величине не точны. В этом случаенадо определить повышение температуры электродвигателя над окружающей средой,пользуясь уравнением нагрева электродвигателя:
/>,
где τуст = ΔР/А — установившееся превышениетемпературы электродвигателя; Т = С/А — постоянная времени нагреваэлектродвигателя; t — время от начала участка; τнач — превышениетемпературы в начале участка; А -удельная теплоотдача электродвигателя:
/> 0C;
Принимая, что в начале работы τнач=20 строимкривую нагрева электродвигателя. Расчеты сводим в таблицу 1.3.
Таблица 1.3 Зависимость температуры двигателя от времени и охлаждения.t, c
τнаг, 0С
τохл, 0С 20,00 34,67 30 34,67 33,21 120 27,56 240 23,48 360 21,14 480 20 600 20
2 Проектирование передаточного устройства
Выбор и обоснование кинематической схемы электропривода.
Проанализировав условия работы электропривода, принимаем соединениевала двигателя и вала масляного насоса через муфту.
Обоснование и выбор монтажного исполнения двигателя.
Изучив машину, приходим к выводу что менее материало- и металлоемкимбудет конструкция машины при использовании электродвигателя на лапах, также прииспользовании такого двигателя его обслуживание будет более удобным посравнению с другими типами двигателей.
Составление расчетной исходной и одномассовой приведеннойсхемы механической части электропривода.
Для составления расчетной исходной схемы определим момент инерции рабочегоколеса.
/>, кг м2
Где m-масса рабочего колеса насоса,R-радиус рабочего колеса
/>, кг м2
Приведенный момент инерции
/> кг м2
3 Переходные процессы в электроприводе
Определение электромеханической постоянной времени при рабочем икритическом скольжениях.
Электромеханическая постоянная времени переходных процессов приводас асинхронным электродвигателем вычисляется по Формуле:
/>,
где ω0 — угловая скорость машинного устройства,ω0= 99,75рад/с;
Sк = 12,1 % --критической скольжение электродвигателя (паспортныеданные электродвигателя).
Критический моменты электродвигателя определяются по следующим формулам:
/>;
Мн =22,2 Н.м, пункт 1.8.
Имеем:
Мк =/>Н.м
Подставляя полученные значения получаем:
— электромеханической постоянной времени при номинальном скольжении:
/>с;
— электромеханической постоянной времени при критическом скольжении:
/>c.
Обоснование способа пуска и торможения электропривода.
Так как установленный двигатель имеет относительно не большуюмощность и соответственно не большие пусковые токи, то примем прямой пускдвигателя. Торможение осуществляется без применения дополнительных устройств.
Определение времени пуска и торможения, максимального ускорения графоаналитическимметодом.
Время пуска, tп определяется следующим образом:
/>,
где J — приведенный момент инерции; ωн — номинальнаяугловая скорость; Мп — вращающий момент электродвигателя при пуске;Мс — средний приведенный момент сопротивления рабочей машины припуске;
/>Н.м;
Получаем:
/>с;
Время остановки, tТ определяется следующим образом:
/>/>
В итоге имеем:
/>с.
Определение максимального ускорения графоаналитическим методом:
Построив механические характеристики двигателя и рабочей машины,строим кривую избыточного момента.
Механическую характеристику электродвигателя строим по пяти точками следующим величинам моментов и скоростей вращения. Результаты расчетовзаносим в таблицу 3.1
Таблица 3.1 Построение механической характеристики Точка
Момент, Н.м Скорость, рад/с 1
М1=0
ω1= ω0=99,75 2
М2= Мн=22,2
ω2= ωн=98,9 3
М3= Мк=48,8
ω3= ωк=217,6 4
М4= Мmin=35,5
ω4= ωmin=14,96 5
М5= Мп=44,4
ω5= ωп=0
Кривую избыточного момента заменяют ступенчатым графиком. Впределах каждой ступени избыточный момент не меняется и время разгона на i-том участке ti будет равно:
/>,
Таким образом, для первого участка получаем:
/>с.
Аналогично рассчитываем для остальных участков. Результатырасчетов заносим в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 Построение кривой разбега.ω, рад/с 45 65 120 М, Н.м 0,65 1,26 1,8 Δt, с 0,39 0,09 0,15
Расчеты по определению превышения температуры электродвигателя завремя пуска.
Повышение температуры обмоток асинхронного электродвигателя скороткозамкнутым ротором во время пуска можно определить упрощенным методом,считая, что все потери идут на нагрев:
/>,
где ΔU — потери энергии во время пуска, Дж; C — теплоемкость обмоток.
/>;
/>Дж,
где с1 -удельная теплоемкость меди, с1 =385Дж/кг-К; m- масса обмоток, примем m=2,5, кг.
Имеем:
/> 0C.
4 Заключение о правильности предварительного выбранного электродвигателяпо всем критериям
Заключение о правильности выбора электродвигателя делаем с учетомтепловых и механических переходных режимов, колебаний напряжений в сети.Выбранный двигатель был проверен:
— на нагрев.
/>0С;
— по условиям пуска,
Мн = 22,5 Н.м > Мн.п =20,5 Н.м,
— по перегрузочной способности,
/>кВт;
Pн=2,2 кВт > Pпер=1,7 кВт;
— перегрев обмоток за время пуска двигателя,
/> 0C
Все условия удовлетворяют необходимым требованиям, следовательно,выбор электродвигателя осуществлен, верно.
5 Разработка принципиальной электрической схемы управления
Пояснения по составлению схемы.
Принципиальная схема должна обеспечивать защиту электродвигателя икабелей от токов короткого замыкания и токов перегрузки, защиту отнеполнофазных режимов работы.
Основным параметром защитно-коммутационной аппаратуры являетсяэлектрический ток, пропорциональный нагрузке.
Для защиты электродвигателя от действия токов короткого замыканияи от перегрузки используем автоматический выключатель, тогда расчет параметровкоммутационных аппаратов выполняется в следующей последовательности.
Находим расчетный ток электродвигателя (в нашем случае при полнойзагрузке он будет равен номинальному):
/>
Имеем:
/>А
Далее находим максимальный ток электродвигателя (в нашем случае онравен пусковому):
/>,
Получаем:
/>А
В связи с новыми стандартами республики Беларусь на электроснабжениеи электробезопасность зданий и сооружений требуется повсеместно применениезащиты от токов КЗ и от чрезмерной утечки на землю.
Исходя из этих значений, выбираем автоматический выключатель АЕ2413-120 УЗ наноминальный ток 16 А с возможностью регулирования номинального тока тепловогорасцепителя, с уставкой по типу несимметричной утечки на землю 0,03 и 0,1
Тип магнитного пускателя и его номинальный ток выбираем исходя изусловия:
/>А
Выбираем пускатель-- ПМ12-010211 УХЛЗ на ток 10А.
В качестве коммутационного аппарата выбираем рубильник по условию:
/>,
где Iрасч.общ. — расчетный ток на всю электрическую схему нашей установки,А.
Выбираем рубильник ВА51Г31-44000Р IP54 УХЛ на ток 100А.
Выбор аппаратов защиты электрических цепей и аппаратов защитыэлектродвигателя по критерию эффективности.
Критерий эффективности срабатывания защит рассчитывается по формуле:
/>,
где Рi — вероятность отказа установки по i-той причине,qki — вероятностьсрабатывания k-тойзащиты по i-тойпричине.
Таблица 5.2 Значения вероятностей срабатывания защит по различнымпричинам.Тип аппарата защиты
Неполно-
фазного режима Заторможенного ротора Перегрузки Увлажненная изоляция
Наруше-
ние охлаждения Тепловое реле РТЛ 0,6 0,45 0,75 Автоматический выключатель с тепловым расце-пителем 0.5 0.4 0,7 УВТЗ-1М 0,76 0,67 0,91 0,91 УВТЗ-5М 0,95 0,67 0,91 0,91 ФУЗ-М 0,95 0,85 0,66 ЕЛ-8, ЕЛ-10ит.п. 0,7 РУД-05, ЗОУП1-25 и т.п. - - - 0,95 -
Таблица 5.3 Результаты расчета критерия эффективности.Тип аппарата защиты Тепловое реле РТЛ Автоматический выключатель с тепловым рас- целителем
УВТЗ-
1М
УВТЗ-
5М ФУЗ-М ЕЛ-8, ЕЛ-10 и т.п. РУД-05, ЗОУП-25 и т.п. Э 0,435 0,392 0,753 0,784 0,8 0,22
Как показывает расчет, наиболее подходящей защитой является ФУЗ-М.
Выбор других элементов схемы.
Для ручного управления установкой выбираем кнопочные выключателисерии КМЕ предназначенных для вторичных цепей контакторов, электромагнитныхпускателей и других аппаратов управления.
Кнопки имеют электрически не связанные замыкающие и размыкающие контактыс двойным разрывом. Номинальное напряжение — до 500 В, 50 и 60 Гц переменного идо 220 В постоянного тока. Номинальный ток контактов 10А.
В качестве сигнальной арматуры выбираем АЛСУ-12У2 на напряжение220 В.
Описание работы схемы.
Управление автомобилеподъемником (см. графическую часть) можетбыть осуществлено в ручном режиме. Питание на схему управления подаётся автоматическимвыключателем SF. Управление приводом насосаосуществляется с помощью кнопок SB1(«Стоп») и SB2 («Пуск»). Сигнализация работы приводаосуществляется лампой HL1.
Принципиальная электрическаясхема и схема соединений щита управления представлены в графической части.
Автоматический выключатель имеет как электромагнитный расцепительтак и тепловой и защищает как от короткого замыкания так и от перегрузки. ФУЗ-Мзащищает от многих аварийных режимов. Это осуществляется срабатыванием размыкающегоконтакта катушки КT в цепи управления электродвигателями.
Защита цепи управления осуществляется автоматическим выключателем SF.
6 Разработка ящика управления электроприводом
Пояснения о компоновке аппаратов в ящике управления.
Приборы и аппаратуру размещают как внутри, так и на лицевой панелищитов (или на стенке шкафного щита). Их группируют по объектам управления плипо управляемому параметру. В центре щита устанавливают приборы для управлениянаиболее важным параметром или приборы большего габарита.
На лицевой панели приборы и аппаратуру размещают так, чтобы расстоянияот них до основания щита (или площадки обслуживания) находились в пределах:
— для регулирующих и регистрирующих приборов: 1000......1800 мм;
— для показывающих приборов и сигнальной арматуры: 800......2100мм;
— для аппаратуры оперативного управления: 700......1600 мм;
— для мнемосхем: 1000......2100 мм.
Источники питания, аппаратура защиты и другие безшкальные приборыи устройства устанавливают с внутренней стороны щита на определенной высоте отего основания:
— источники питания, трансформаторы и стабилизаторы: 1700.....2000мм;
— предохранители: 1000.....1700 мм;
— реле: 600.....1700мм;
— наборные рейки: не менее 200 мм.
Арматура для освещения щита с газоразрядными источниками света илисветильниками типа бра устанавливается в его верхней части таким образом, чтобыхорошо освещалась лицевая панель.
При размещении средств контроля, сигнализации и управления в щитахи пультах, позволяет не только сконцентрировать средства автоматики, но ипредохранить их от вредных механических, температурных и других воздействий.
Для определения размеров щитов и пультов необходимо:
1) уточнить вид и количество, размеры приборов устанавливаемых нащите(пульте), размеры приборов и средств автоматизации принимают по паспортнымданным;
2) распределить приборы, аппараты по монтажным панелямщита(пульта) с учетом правил их расположения;
3) выбрать требуемые размеры щита и выбрать стандартный типоразмерщита.
Определение монтажных зон.
Таблица 6.1. Размеры элементов аппаратов.
Позицио
нное обозначение Наименование
Кол-
во,
шт.
Размеры
аппаратов, мм.
Размеры
аппаратов с
учетом монтажных зон,
мм. /> /> /> /> 1 Н В
L’ Н’ В’ /> QS Рубильник 1 160 100 100 210 150 150 /> QF Автоматический выключатель 2 90 75 60 280 250 220 /> КМ Магнитный пускатель 2 70 70 90 240 240 280 /> SB Кнопка управления 3 75 75 40 375 375 270 /> ХТ1 Клемная колодка 1 100 35 10 150 85 60 /> SА Тумблер 1 15 35 25 65 85 75 /> HL Сигнальная арматура 3 20 20 50 210 210 300 /> KT Реле времени 1 130 130 70 180 180 120 /> А1, А2 ФУЗ-ЗМ 2 160 160 100 420 420 300 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Выбор типа ящика управления.
Определяем ширину шкафа:
/>мм,
где L — ширина аппаратов, мм; а — расстояние между аппаратами, мм; l — расстояние от краяшкафа, мм.
/>мм;
Высоту шкафа:
H=600мм;
Глубина шкафа:
B=250мм;
В связи с тем, что требуемые размеры, стандартных размеров шкафовотсутствуют, делаем заказ на изготовление шкафа управления с необходимыми намразмерами.
7 Показатели разработанного электропривода
Определение расчетных показателей надежности разработанного электроприводакоэффициентным методом.
Для отдельных разработок требуется произвести экономическую оценкунадежности технических средств. Решение этой проблемы является одной изважнейших задач народного хозяйства. Повышение надежности сокращает простои,упрощает организацию ремонта, сокращает потребность в запчастях и т.д., т.е. вконечном итоге приводит к экономическому эффекту.
Вычисляем параметры надежности:
1. Параметр потока отказов:
/>;
где λδ—интенсивность отказа базовогоэлемента системы(λδ=0.03 10-6);
/>;
2. Наработка на отказ:
/>ч;
3. Среднее время восстановления системы:
/>ч;
4. Вероятностьвосстановления системы в заданное время:
/>
где τ3 —минимальное время, заданное техническимиусловиями для восстановления системы, чтоб не нарушить ход технологическогопроцесса, не было порчи продуктов и т.п.
/>;
5. Коэффициент готовности:
/>;
6.Показатель безопасности системы:
/>
Как показал расчет, в связи с тем, что установка используетсянепродолжительно в течение дня, она имеет высокие показатели надежности.
Определение удельных показателей электропривода.
Определяем мощность потребляемую из сети:
/>кВт;
Определяем потребляемую установкой энергию за год (примем что приводработает 0,265 часа в сутки, 365 дней в году):
/>;
Определим удельную энергию машины:
/>;
Определение показателей, достигнутых по пункту 1.5
Потребляемая энергия из сети при ручном управлении:
/>;
Экономия электроэнергии в />:
ΔW=Wруч.-Wавт.= 265-212,8 =52,2 кВт • ч.
Экономия электроэнергии в/>:
/>.
Литература
1. А. П. Фоменков.Электропривод сельскохозяйственных машин, агрегатов и поточных линий.:М.: Колос, 1984.
2. А. Э. Кравчик, М. М.Шлаф и др. Справочник: Асинхронные двигатели серии 4А.
3. В. К. Гриб, С. С. Жуки др. Механизация животноводства. — Мн.: Ураджай, 1997.
4. Методические указания,по выполнению курсовой работы «Электропривод».
5. Электропривод.Методические указания, к практическим занятиям для студентов специальности С03.02.01. Часть 2.2.
6. Энергосбережение вэлектрооборудовании. Методические указания.
7. Автоматизациятехнологических процессов. Методические указания.
8. Электропривод.Методические указания к самостоятельной работе студентов специальности 74.06.05«Энергетическое обеспечение сельскохозяйственного производства».