Розрахунок та вибір електроприводів

РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

Електропривод повинен максимально задовольняти потреби машин, якісно забезпечувати технологічний процес при розрахунковій продуктивності машини і високій економічній ефективності.

Електродвигун вибирають за напругою живлення, частотою струму, потужністю, частотою обертання. Крім того необхідно врахувати кліматичне, конструктивне виконання і ступінь захисту.

Розрахунок і вибір електродвигуна проведемо на прикладі роздавача кормів (для транспортера), який знаходиться в свинарнику.

Продуктивність кормороздавача визначається за формулою:

Q = K_a·ψ·γ·B·H·υ, (4.1)

де К_а - коефіцієнт, що враховує заповнення скребків залежно від кута нахилу транспортера;

α, град., до горизонту, К_а =1-0,0175α;

ψ - коефіцієнт заповнення (ψ = 0,6.. .0,8), приймаємо ψ =0,6;

γ - об'ємна маса транспортованого матеріалу, у= 1000 кг/м ;

В - ширина скребків, В = 0,24 м;

Н - висота скребків, Н= 0,054 м;

υ -швидкість руху скребків, υ = 0,25 м/с.

Оскільки кут нахилу транспортера а = 0, то К_а= 1.

Q = 1 · 0,6 · 1000 · 0,24 · 0,054 · 0,25 = 1,9 кг/с.

Споживана потужність скребкового транспортера Р дорівнює:

кВт. (4.2)

де Н- висота підйому продукту, Н= 0 м;

f_с- коефіцієнт опору руху, f_с= 3;

L- довжина транспортера, L= 96 м;

а - кут нахилу транспортера до горизонту, град.;

η_П- к.к.д. передачі, η_П =0,72.

Оскільки а = 0, то Cos 0 = 1.

кВт.

Вибираємо електродвигун АИР112МА6У2 [6]. Технічні дані вибраного електродвигуна:

- номінальна потужність - 3 кВт;

- номінальна частота обертання - 950 об./хв.;

- номінальна сила струму - 7,1 А;

- коефіцієнт корисної дії -81%;

- коефіцієнт потужності - 0,76;

- кратність пускового струму - 6;

- момент інерції ротора - 0,016 кг-м² ;

-

-

Будуємо механічну характеристику робочої машини. Рівняння механічної характеристики має вигляд:

Мс = Мо + (Мсн - Мсо ) · (ω/ω_н )^х,(4.3)

де М_с- момент опору робочої машини, Н· м;

М_со- початковий момент опору робочої машини, Н· м;

М_сн- момент опору робочої машини при номінальній швидкості, Н·м;

ω - поточне значення кутової швидкості приводного вала, 1/с;

ω _н- номінальна кутова швидкість приводного вала, 1/с;

X- показник степеня, який характеризує зміну моменту опору при змінній швидкості.

Для транспортера показник степеня дорівнює нулю. Якщо Х = 0, то рівняння механічної характеристики приймає вигляд:

М_С=М_{С 0} (4.4)

Момент опору робочої машини при номінальній швидкості дорівнює:

М_сн = 9550 · Р_н /п_н , (4.5)

де Р_н - номінальна потужність електродвигуна, кВт;

п_н- номінальна частота обертання електродвигуна, об./хв..

М_сн= 9550 · 3 / 950 = 30,2 Н· м.

Графік механічної характеристики робочої машини буде мати вигляд прямої.

Номінальна кутова швидкість двигуна дорівнює:

1/с (4.6)

Синхронна кутова швидкість при синхронній частоті обертання електродвигуна п₀ =1000 об./хв. дорівнює:

1/с.

Побудову механічної характеристики двигуна проведемо за п'ятьма характерними точками.

1) s = 0, М = 0 - ідеально холостий хід.

2) s = s_H, М = М_Н = 30,2 Н· м - номінальний режим.

Номінальне ковзання s_H можна визначити за рівнянням:

(4.8)

3) s = s_K, М = М_к - режим максимального навантаження.

Критичне ковзання s_K можемо визначити за рівнянням:

(4.9)

де .

Критичний момент двигуна М_К дорівнює:

М_К = μ_МАХ М_Н Н· м. (4.10)

М_К = 2,2· 30,2 = 66,44 Н· м.

4) S_MIH = 0,8, М= М_MIH - режим мінімального навантаження.

Мінімальний момент двигуна М_MIH дорівнює:

М_MIH =μ_MIHМ_Н Н· м. (4.11)

М_MIH =1,6· 30,2 = 48,32 Н· м.

5) S_n = 1, М = М_ПУСК - режим пуску двигуна. Пусковий момент двигуна М_ПУСК дорівнює:

М_ПУСК=μ_ПУСК М_Н Н· м. (4.12)

М_ПУСК=2· 30,2 = 60,4 Н· м

Будуємо механічну характеристику двигуна з урахуванням відхилення напруги в мережі на ± 5% від номінальної.

1) М' = 0.

2) М'_н = 0,95² М_н, М'_н = 0,95² · 30,2 = 27,3 Н· м.

3) М'_к =0,95²М_К, М'_к = 0,95²· 66,44 = 59,9 Н· м.

4) М'_MIH = 0,95² М_MIH, М'_MIH = 0,95² · 48,32 = 43,64 Н· м.

5) М'_ПУСК = 0,95² М_ПУСК. М'_ПУСК = 0,95² · 60,4 = 54,5 Н· м.

Будуємо механічну характеристику електродвигуна з урахуванням відхилення моменту.

1) М" = 0.

2) М"_Н=М'_Н, М"_Н =27,3 Н· м.

3) М"_к = 0,9 М'_к, М"_к = 0,9 · 59,9 = 53,91 Н· м.

4) М" _MIH = 0,8 М'_MIH, М" _MIH = 0,8 · 43,6 = 34,88 Н· м.

5) М" _ПУСК = 0,85М'_ПУСК, М"_ПУСК = 0,85 · 54,5 = 46,34 Н· м.

Зробимо розрахунок кутових швидкостей при різних режимах роботи за рівнянням:

ω=ω₀ (1-s), 1/с. (4.13)

Розрахунок занесемо в табл. 4.1.

Таблиця 4.1 Розрахунок кутових швидкостей

S		0,05	0,46	0,8	1,0
ω, 1/с	104,7	99,5	56,5	20,9

Механічні характеристики приведені на рис. 4.1.

Проведемо розрахунок часу пуску електродвигуна. Для цього на рис. 4.1 будуємо криву динамічного моменту

ω =f(М_ДИН),

деМ_ДИН=М"_ДB -М_С .

Рис. 4.1 Механічні характеристики двигуна

Так при пуску динамічний момент має змінне значення, для розрахунку часу пуску беремо найбільший приріст швидкості на протязі якого надлишковий момент змінюється мало і дорівнює середньому значенню за час необхідний для приросту швидкості на ∆ω.

Тривалість розгону на кожній ділянці ∆t_i , дорівнює:

(4.14)

де J_3B - зведений момент інерції робочої машини, кг·м² ;

- приріст швидкості на і ділянці, 1/с;

М_ДИН.і - середнє значення динамічного моменту для приросту швидкості на , Н·м.

Зведений момент інерції привода транспортера дорівнює:

. (4.15)

де J_ДВ- момент інерції ротора двигуна, кг-м²;

J_PM- момент інерції робочої машини,

J_PM =0,1 кг-м ;

і- передаточне число, і=48,57.

кг-м²

Тривалість розгону двигуна t_P дорівнює:

, с (4.16)

Результати розрахунків заносимо в табл. 4.2.

Таблиця 4.2 Розрахунок часу розгону двигуна

Розрахункові величини	Номер ділянки р ділянки
ω ПОЧ 1/С
ω КІН 1/с
∆ω = ∆ω КІН - ∆ω поч
МДИН , кг-м2			4,5	9,5				17,5
∆ti, с	0,018	0,04	0,044	0,021	0,01	0,008	0,009	0,011	0,017	0,035

Згідно з розрахунків час розгону двигуна рівний:

t_P = 0,018+ 0,04 + 0,044 +0,021+ 0,01+ 0,008 +0,009 + 0,011 + 0,017 +0,035 = 0,22 с.

Перевіримо вибраний електродвигун за тепловим режимом під час пуску.

Перевірка проводиться за умовою:

τ_доп ≥ τ_{пуск ,} °С (4.17)

де τ_доп - допустима температура по нагріву, °С;

τ_пуск - температура двигуна при пуску, °С.

Допустиму температуру τ_доп визначаємо за рівнянням:

τ_доп = θ_ІЗ + θ_{ОХ .СЕР} °С, (4.18)

де θ_/3 - допустима температура ізоляції, θ_/3=130 °С;

θ_ОХСЕР - температура охолоджуючого середовища, θ_ОХСЕР=40°С.

τ_доп =130 - 40 = 90 °С,

Температуру двигуна під час пуску визначаємо за рівнянням:

τ_пуск = υ_t t_P ; (4.19)

τ_пуск =12,9 · 0,22 = 2,84 °С;

90 °С > 2,84 °С,

де υ_t - швидкість нагрівання для даного електродвигуна, υ_t =12,9 °С/с.

Вибір інших електродвигунів аналогічний.