Содержание
Введение
1. Предварительный выбор асинхронного двигателя
2. Расчёт номинальных параметров АД
3. Расчёт рабочего режима АД
4. Параметры АД пяти исполнений
Литература
Введение
В расчётную схему входят:
− два силовых трансформатора (СТ), обеспечивающих передачуэнергии от сети с линейным напряжением 6 кВ к общим шинам 380 В;
− асинхронный двигатель (АД), имеющий нагрузку с моментомсопротивления вращению:
Мн = Мп + k·ω
где ω — скорость вращения вала(рад/с);
Mп — пусковой момент (Н·м);
k — постоянная величина, на которую возрастаетпусковой момент на каждый рад/с по мере разгона двигателя (Н·м).
/>
Рис.1. Схема узла нагрузки.
По условиям выполнения курсовой работы предполагается наличие«склада» электрических машин с определёнными значениями номинальных мощностейи синхронных скоростей.
Стоимость АД определяется её номинальной мощностью и кроме того,числом полюсов.
На складе имеется по несколько вариантов АД, одной и той же номинальноймощности. Эти варианты отличаются значениями параметров, (а значит, поведением внагрузочных режимах), но имеют равную стоимость.
Требуется произвести обоснованный выбор типов и вариантов асинхронногодвигателя, обеспечив при этом:
мощность на валу АД — не ниже указанной в индивидуальном задании;
отсутствие перегрузок по току двигателя;
минимум стоимости двигателя;
минимум среднего значения мощности суммарных потерь энер-гиив расчётной схеме.
Для рабочего механизма необходимо выбрать АД, способный развиватьмощность не менее 298 кВт.
Пусковой момент механизма:
Мп = 41·9,81 = 402,21 Н·м;
Величина, на которую возрастает на каждый оборот в минуту моментсопротивления, по мере разгона двигателя:
k = 0,369·9,81= 3,62 Н·м.
1. Предварительный выбор асинхронного двигателя
Определяю установившуюся скорость АД, приравнивая выражениемомента на валу двигателя и выражение момента сопротивления:
Mдв = Pmin/ω = Мп + k·ω
−k· ω²− Мп·ω + Pmin = 0
ω = 236,69рад/с
Cинхронная скорость: ωс = 314 рад/с. Выбираю АД из условий: Pвн> Pmin Мдв> Мс. Данным условиям удовлетворяютАД с мощностями 315, 400 кВт. АД с мощностью на валу Рвн = 315 кВт имеют перегрузку по токам статора и ротора в рабочем режиме. Мощность навалу в рабочем режиме превышает номинальную. Выбираю АД с Рвн = 400 кВт.
Момент двигателя: Момент сопротивления:
Mдв = Pвн/ω = 1690 Н·м Мп + k·ω = 1259 Н·м
Для расчёта рабочего режима двигателядопускается использовать уравнения, соответствующие схеме замещения.
/>
Рис.2. Схема замещения АД.
В этой схеме все величины и параметры выражены в относительныхединицах.
U1 — напряжение питающей цепи;
I1 — ток статора;
Iо — намагничивающий ток;
I2 — ток ротора;
G0 — эквивалент потерь мощностив стали;
B0 — эквивалент действия основногополя;
Rk — эквивалент потерь мощностив обмотках;
Xk — эквивалент действия полейрассеивания статора и ротора;
R2 — эквивалент потерь ротора;
s — скольжение.2. Расчёт номинальных параметровАД
Рассчитываю АД пятого исполнения.
cosφ5н = 0,82 η5н = 0,845 Uн = 220 R1ое5 = 0,0375
sн5 = 0,0315
Мпое55 =0,48 Мкрое5 = 1,8 Uное = 1
Определяю базисные значения мощности, момента, тока и сопротивления:
Sб5 = Рвн/ (сosφ5·η5) = 577,3 кВт
Мб5 = Sб5/ωс= 1838 Н·м
Iн5 = Sб5/(3·Uн) = 874,673 A Zн5 = Uн/Iн5 = 0,252 Ом
Определяю номинальный момент на валу:
Мвн5 = Рвн/ (ωс· (1-sн5)) = 1315 Н·м
Номинальный момент и номинальная мощность:
Мное5 = Мн5/Мб5 = 0,715 ОЕ Рвное5 = Рвн/Sб5= 0,693 ОЕ
Максимальный и пусковой моменты:
Mmaxoe5 = Мное·Мкрое5 = 1,288 ОЕ Мпое= Мп/Мб5 = 0,219 ОЕ
Мпое5 = Мпое·Мпое55 = 0,105 ОЕ
Значение коэффициента нагрузки:
kое5 = k·ωс/Мб5 = 0,619 ОЕ
Критическое скольжение нахожу, воспользовавшись формулой Клосса.
Мн5 = 2·Мкр/ (sн/ sкр+ sкр/ sн)
Mнoe5·sкр5²−2· Mmaxoe5·sн5·sкр5+ Mнoe5·sн5² = 0, sкр5= 0,104
Находим относительные значения сопротивлений статора и ротора:
R2oe5 = R1oe5 Rkoe5 =2·R1oe5 = 0,075 ОЕ
Эквивалентное значение контура ротора в номинальном режиме:
Rоеsн5 = Rое5+R2ое5/sн5= 1,228 ОЕ
Xkое5 = R2ое5/sкр5 = 0,361 ОЕ
/>
Составляющие тока ротора в номинальном режиме:
/>
/>
I2aoe5 = 0,727 ОЕ I2poe5 = 0,22ОЕ
/>
Составляющие тока статора в номинальном режиме:
I1aoe5 = cosφ5н = 0,82 ОЕ I1poe5 = sinφ5н = 0,57 ОЕ
Параметры контура намагничивания:
G0ое5 = ∆Рст= I0аое5 = I1аое5 — I2аое5 = 0,093 ОЕ
В0ое5 = ∆Рст = I0рое5 = I1рое5 — I2рое5 = 0,35 ОЕ
Сетевая мощность:
Pcoeн5 = I1aoe5 = 0,82 ОЕ Pcн5 = Pcoeн5·Sб5 = 473,4кВт
Мощность на валу:
Pвoeн5 = Pcoeн5·η5н = 0,693 ОЕ Pвн5 = Pвoeн5·Sб5 = 400кВт
Суммарные потери мощности:
ΔPoeн5 = Pcoeн5 − Pвoeн5 = 0,127 ОЕ, ΔPн5 = ΔPoeн5·Sб5 = 73,37 кВт
Потери в меди:
ΔPмoe5 = I2oe5²·Rkoe5 = 0,043 ОЕ ΔPм5 = ΔPмoe5·Sб5 = 24,97 кВт
Потери в стали:
ΔPстoe5= G0oe5 = 0,093 ОЕ ΔPст5 = ΔPстoe5·Sб5 = 53,8 кВт
3. Расчёт рабочего режима АД
Скольжение асинхронного двигателя в рабочем режиме:
/>
Рабочее скольжение будет равно скольжению, при котором моментсопротивления будет равен моменту на валу двигателя. Рассчитываю уравнение:
/>
−0,081·sp5³ + 0,093·sp5² − 0,036· sp5 + 0,001018 = 0
sр5 = 0,031
Активный, реактивный, полный ток ротора в рабочем режиме:
/>
I2aoe5 = 0,711ОЕ I2poe5 = 0, 209 ОЕ
/>
Активный, реактивный, полный ток статора в рабочем режиме:
I1aoe5 = I2aoe5 + G0oe5 = 0,804 ОЕ
I1poe5 = I2poe5 + B0oe5 = 0,559 ОЕ
/>
I1aoe5·Iн5 = 703,449 А I1poe5·Iн5 = 489,231 А
I1oe5·Iн5 = 856,848 А
Сетевая мощность:
Pcoep5 = I1aoe5 = 0,804 ОЕ Pcp5 = Pcoep5·Sб5 = 464,3 кВт
Потери в меди:
ΔPмoep5= I2oe5²·Rkoe5= 0,041 ОЕ
ΔPмp5= ΔPмoep5·Sб5 = 23,79 кВт
Суммарные потери:
ΔPoep5 = ΔPмoep5 + G0oe5 + ΔPмexoe5 = 0,125 ОЕ
ΔPp5 = ΔPoep5·Sб5 = 72,19 кВт
Рабочая мощность на валу:
Pвoep5 = Pcoep5 − ΔPoep5 = 0,679ОЕ
Pвp5 = Pвoep5·Sб5 = 392,1 кВт
Рабочая скорость ротора:
ωp5 = ωc·(1−sp5) = 304,534 рад/с
Коэффициент мощности в рабочем режиме:
сosφр5 = I1аое5/I1ое5 = 0,821
КПД двигателя в рабочем режиме:
ηр5 = Рвоер5/Рсое5 = 0,845
Рабочий критерий оптимальности:
Vp5 = ηp5·cosφ5p =0,693
4. Параметры АД пяти исполненийВарианты исполнения АД 1 2 3 4 5 Номинальное скольжение Sн 0,0415 0,039 0,0365 0,034 0,0315 Рабочее скольжение Sр 0,045 0,041 0,037 0,033 0,031 Критическое скольжение Sкр 0, 2075 0,17 0,144 0,127 0,104 Развиваемый момент Mс, Н·м 1488 1493 1498 1502 1505 Рабочий ток статора I1р, ОЕ 1,066 1,032 1,003 0,974 0,98 Рабочий ток статора I1р, А 914, 199 888,574 866,88 846,867 856,848 Раб. активный ток статора, А 823,317 782,168 745,655 711,064 703,449 Раб. реактивный ток статора, А 397,376 421,636 442,131 459,97 489,231 Рабочий ток ротора I2р, ОЕ 0,856 0,817 0,781 0,747 0,741 Сетевая мощность, кВт 543,4 516,2 492,1 469,3 464,3 Рабочая мощность на валу, кВт 428,2 413,7 401,1 389,1 392,1 Общая мощность потерь, кВт 115,2 102,6 90,99 80,22 72, 19 Номинальный кпд % 78,5 80 81,5 83 84,5 Рабочий кпд, % 78,8 80,1 81,5 82,9 84,5 Номинальный коэффициент мощности cosj 0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 Рабочий коэффициент мощности cosj 0,901 0,88 0,86 0,84 0,821 Критерий оптимальности V 0,71 0,705 0,701 0,696 0,693
Асинхронные двигатели первого, второго и третьего исполненияимеют перегрузку по току статора в рабочем режиме. Мощность на валу в рабочем режимеэтих двигателей превышает номинальную.
У двигателя пятого исполнения меньшие потери мощности и вышеКПД в рабочем режиме по сравнению с двигателем четвёртого исполне-ния.
Выбираю асинхронный двигатель пятого исполнения с номинальноймощностью на валу 400 кВт, имеющий одну пару полюсов.
Литература
1. Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по дисциплине«Электрические машины» (в четырёх частях) по специальности 7.0192203«Электромеханические системы автоматизации и электропривод» г. КривойРог 2002 г. Автор: проф. Корнилов Г. И.
2. Методическое пособие по выполнению курсового проекта по дисциплине«Электрические машины» по специальности «Электромеханические системыавтоматизации и электропривод». г. Кривой Рог 2002 г. Автор: проф. кафедры ЭМОМЗ — Корнилов Г. И.