Обсяг завдання. відповідальний за випуск о.г

О.В. Журавков

Д.П. Коломієць

Відповідальний за випуск О.Г. Мазуренко, д-р техн. наук, проф.

Загальні вказівки

Для успішного виконання контрольної роботи необхідно знати відповідні розділи дисципліни, ознайомитись з довідниковою літературою, повторити відповідні розділи прикладної механіки та попередні розділи електротехніки.

Контрольну роботу виконують з одного боку аркуша формату А4. Текст, формули і числові викладки слід писати чітко й акуратно, використовуючи загальноприйняті позначення та символи. Графіки та електричні схеми виконувати на окремих аркушах і надавати в кінці задачі. Розв’язок задачі обов’язково супроводжувати пояснювальним текстом, зокрема вказувати закони, на основі яких були складені рівняння, суть перетворень у схемах та формулах, послідовність дій, коментувати отримані результати.

Для уникнення помилок при числових розрахунках всі значення величин підставляти в формули в основних одиницях СІ (В, А, Вт), для чого всі похідні одиниці необхідно переводити в основні.

Для зменшення витрат часу на розрахунки доцільно використовувати ЕОМ або програмовані мікрокалькулятори.

У кінці роботи студент повинен поставити дату і підпис.

Роботи, що не відповідають наведеним вимогам, до розгляду не приймаються.

Завдання №1

Розрахунок потужності та вибір

Двигуна електропривода

Обсяг завдання

1. За діаграмою навантажень (рис. 1.1) відповідно до варіанта визначити еквівалентну потужність та вибрати двигун електропривода. При цьому слід взяти до уваги, що відхилення частоти обертання вала електропривода протягом робочого циклу не повинна відрізнятися від вказаної у завданні більше ніж на 10%.

2. Вибраний двигун перевірити за умов успішного пуску (пусковою слід вважати перший ступінь діаграми навантажень) та за нормальної роботи в умовах максимального навантаження.

3. У завданні коротко обґрунтувати вибір типу електродвигуна.

1.2. Вказівки до вибору варіанта

Вихідні дані для виконання завдання студенти беруть в табл. 1.1 і 1.2 згідно з останніми двома цифрами своєї залікової книжки (шифру).

Необхідно звернути увагу на те, що в парному календарному році (2004, 2006 і т.д.) вихідною величиною для розрахунків (6-й рядок табл.1.2) є значення моменту М, Н·м, а в непарному (2003, 2005 і т.д.) – значення потужності Р, кВт.

Розрахункові величини ступіней діаграми навантажень визначають як добуток відповідних коефіцієнтів a₁... a₅ на значення вихідного моменту або потужності.

Таблиця 1.1

Розрахункові дані	Цифра десятків шифру
a1	0,35	0,45	0,6	0,55	0,33	0,35	0,95	0,88	0,4	0,55
a2	0,5	0,55	0,75	0,7	0,58	0,5		1,05	0,8	0,9
a3	0,95	0,85	1,1		0,97	0,95	1,2	1,1		0,95
a4	0,4	0,35	0,5	0,5	0,42	0,42	0,7	0,45	0,6	0,3
a5	0,65	0,6	0,65	0,58	0,65	0,65	0,97	0,9	0,85	0,6
n3, об/хв..

Таблиця 1.2

Розрахункові дані*	Цифра одиниць шифру
Р, М

^{_________________________}

^*t₁ – t₅ – у хвилинах

1.3. Методичні вказівки до розрахунку потужності

та вибору двигуна електропривода

Правильний вибір потужності двигуна щодо режиму роботи та передбачуваного навантаження значною мірою визначає надійну й економну роботу електродвигуна та робочої машини – виробничого агрегату. Вибраний двигун, працюючи з перевантаженням у межах допустимих норм, повинен, не перегріваючись, забезпечувати нормальне виконання функцій робочої машини у всіх передбачених технологічних режимах.

На підприємствах більшість електроприводів працюють у тривалому режимі – S1. За тривалого режиму роботу електропривода з постійним навантаженням P, коли температура нагріву двигуна досягає встановленого значення , номінальну потужність двигуна вибирають за каталогом електрообладнання за умови . Аналогічно вибирають двигун з мало змінюваним навантаженням, коли відхилення потужності DR не перевищує 10% середньої потужності . Перевіряти в цьому разі вибраний двигун на нагрів або механічне перевантаження немає потреби, оскільки це передбачено при проектуванні та виготовленні електродвигуна. Якщо ж відхилення потужності DR електропривода під час роботи періодично змінюється більше ніж на 10 % середньої потужності , таке навантаження вважають змінним, номінальну потужність орієнтовно вибирають за умови , де к – коефіцієнт запасу потужності (приймаємо таким, що дорівнює 1,2¼1,3 за плавно змінного і 1,8¼2,0 за різко змінного навантаження).

Вибраний двигун перевіряють на нагрів методом середніх втрат – порівнюють середні втрати потужності електродвигуна:

,

де – потужність втрат на і-й ділянці навантаженої діаграми R(t), що відповідає часу і ККД двигуна при коефіцієнті завантаження , з потужністю втрат при номінальному навантаженні

.

Якщо , середня температура електродвигуна не перевищує допустимої, – вибраний двигун відповідає вимогам теплового режиму. Якщо , необхідно вибрати потужніший двигун і повторити розрахунок.

У розрахунковій практиці для вибору потужності двигуна часто користуються менш точними, але більш зручними методами еквівалентних величин (струму, моменту, потужності ).

Метод еквівалентного струму ґрунтується на заміні змінного в часі робочого струму двигуна незмінним еквівалентним струмом , який викликає в двигуні такі самі втрати енергії, що й змінний струм за однаковий проміжок часу t роботи виробничого агрегату:

.

Двигун вибирають за каталогом електрообладнання з таким розрахунком, щоб його номінальний струм при номінальній напрузі дорівнював або перевищував . Вибраний двигун перевіряють на перевантаження і пускові умови з урахуванням можливих знижень напруги мережі до .

Метод еквівалентного моменту застосовують для вибору потужності двигунів, у яких момент пропорційний струмові. В такому випадку за діаграмою навантажень M(t) електропривода визначають незмінні моменти M, що відповідають часу t, і визначають еквівалентний момент

.

Потім розраховують необхідну потужність двигуна, кВт

,

де n – частота обертання, для якого дана діаграма M=f(t).

Залежно від величини Р за умови за каталогом електрообладнання вибирають двигун, який перевіряють на нормальну роботу при перевантаженні та на умову успішного пуску.

Метод еквівалентної потужності застосовують для двигунів, працюючих з незмінною кутовою частотою, коли діаграма навантажень електропривода задана графіком . Даний метод за послідовністю розрахунків абсолютно подібний до методу еквівалентного моменту за винятком того, що замість значень моментів до підкореневого виразу підставляється значення потужності . При цьому з виразу отримаємо шукане значення еквівалентної потужності :

.

Слід зазначити, що методи еквівалентних моментів і потужності можуть бути застосовані і для вибору асинхронних двигунів, що працюють у прямолінійній частині механічної характеристики.

Приклад вибору двигуна. Необхідно визначити потужність і вибрати електродвигун для приводу механізму, режим роботи якого заданий діаграмою навантажень (рис.1.2). Частота обертання вала приводу об/хв ±10%. Значення потужності R, кВт, що потрібна в окремі періоди роботи приводу , і тривалість цих періодів t, хв., такі:

Режим роботи приводу за діаграмою можна класифікувати як тривалий ( хв) при змінному навантаженні.

Еквівалентну потужність, кВт, розраховують за формулою

.

Оскільки під час роботи допускаються відхилення робочої частоти приводу, до установки може бути прийнятий асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором. За каталогом електрообладнання за умови вибирають двигун, наприклад асинхронний з коротко замкнутим ротором 4А100L4УЗ (Р_н=4 кВт; n_н=1430 об/хв.; М_max/М_н=2,4; М_пуск/М_н=2; І_н=8,6 А; ).

Оскільки максимальний момент опору в окремі періоди роботи або момент опору під час пуску агрегату можуть виявитися більше відповідного максимального або пускового моменту двигуна, вибраний двигун перевіряють на нормальну роботу при перевантаженні та на умову успішного пуску:

;

.

Номінальний момент двигуна, Н·м,

.

Максимальний та пусковий моменти двигуна, Н·м,

,

Н·м.

Максимальний момент опору під час роботи та момент опору під час запуску агрегату, Н·м,

,

.

З результатів розрахунків випливає, що двигун вибрано правильно, оскільки

кВт;

Н·м ;

Н·м.

Завдання №2

Побудова механічної характеристики